JP2012523135A - 広い表面積を有する接地閉じ込めリング及びウエハ処理システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】ドライバ及び材料供給源とともに使用するためのウエハ処理システムが提供される。ドライバは、駆動信号を生成するように動作可能である。材料供給源は、材料を提供するように動作可能である。ウエハ処理システムは、上側閉じ込めチャンバ部分と、下側閉じ込めチャンバ部分と、閉じ込めリングと、静電チャックとを含む。上側閉じ込めチャンバ部分は、上側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する。下側閉じ込めチャンバ部分は、上側閉じ込めチャンバ部分に接触するように分離可能に配される。下側閉じ込めチャンバ部分は、下側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する。閉じ込めリングは、上側閉じ込めチャンバ部分内表面及び下側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配される。閉じ込めリングは、閉じ込めリング内表面を有する。静電チャックは、静電チャック上表面を有し、駆動信号を受信するように構成される。上側閉じ込めチャンバ部分、下側閉じ込めチャンバ部分、閉じ込めリング、及び静電チャックは、上側閉じ込めチャンバ部分内表面と、下側閉じ込めチャンバ部分内表面と、閉じ込めリング内表面と、静電チャック上表面とが材料を受け取り可能なプラズマ形成空間を取り巻くように配置される。上側閉じ込めチャンバ部分、下側閉じ込めチャンバ部分、閉じ込めリング、及び静電チャックは、静電チャックが駆動信号を受信するときに材料をプラズマに変換するように動作可能である。閉じ込めリングは、非矩形の断面を有する。
【選択図】図５

Description

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、参照によってその開示内容全体を本明細書に組み込まれる２００９年４月６日出願の米国仮特許出願第６１／１６６，９８０号の利益を主張する。

半導体製造産業は、細り続ける利益幅を補うために、費用の節約に益々重点を置くようになっている。高アスペクト比コンタクトエッチャーの開発は、基板表面において極めて高いイオンエネルギを必要とする。

プラズマエッチングプロセスにおいて極めて高いイオンエネルギを使用する必要性は、プラズマリアクタのパーツのメインテナンス費を最小限に抑えつつスループットを最大にするという課題を更に複雑にする。具体的には、リアクタにおいて、ウエハ表面に衝突させるために高いエネルギのイオンが使用されるとき、プラズマに曝されるリアクタの内側もまた、高いエネルギのイオンに衝突され、これは、リアクタのパーツの摩耗率を増加させる。

図１は、従来の小容量チャンバエッチングプロセスにおける従来の小容量チャンバウエハ処理システムの断面図である。システム１００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８と、静電チャック（ＥＳＣ）１０６と、ＥＳＣ１０６に接続された高周波（ＲＦ）ドライバ１１０と、排気部１１４とを含む、矩形断面を有する。ＥＳＣ１０６と、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８とによって、プラズマ形成空間１１２が区画される。

接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２は、矢印によって示されるように、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４から境界１２０において分離可能に配することができる。分離時は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を修理又は交換したり、更に、処理のためにＥＳＣ１０６の上にウエハを配したりすることができる。

プラズマが電極又は壁などの負バイアス表面に接触しているときは、その表面とプラズマとの間に強い局所電場が出現する。この境界層は、「プラズマシース」と呼ばれ、非常に低電子密度の領域であり、プラズマから電極表面又は壁面へイオンを加速するための媒体として機能する。プラズマシースを経て加速されるときにイオンが得るエネルギは、プラズマを取り巻く表面における物理的プロセス及び化学的プロセスの両方を調節する。

エッチングプロセスにおいて、プラズマ１１６と、プラズマ形成空間１１２に曝される周囲の固体表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８、及びＥＳＣ１０６）との間に、厚さｔ１ １２２のプラズマシース１１８が形成される。説明を単純にするため、小容量ウエハ処理システム１００の場合は、ＥＳＣ１０６の電極面積が、プラズマ形成空間１１２に曝される接地表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８）の電極面積とほぼ同じであると仮定する。もし、ＥＳＣ１０６の電極面積と、プラズマ形成空間１１２に曝される接地表面の電極面積とが、相対的に非常に異なるならば、プラズマ１１６とＥＳＣ１０６との間のプラズマシースは、プラズマ１１６と接地表面との間のプラズマシースと異なるであろう。プラズマシースの決定において電極面積が果たす役割は、後ほど更に詳しく論じられる。

図において、ウエハ１２４は、静電力を通じてＥＳＣ１０６上に保持される。プラズマ形成空間１１２内の圧力が引き下げられる間に、ＥＳＣ１０６と、接地部分（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８）との間には、ＲＦドライバ１１０を通じて電圧差が提供される。更に、エッチング材料源（不図示）を通じて、プラズマ形成空間１１２にエッチング材料が供給される。プラズマ形成空間１１２内の圧力、及びＲＦドライバ１１０によって形成される電圧差は、プラズマ形成空間１１２内に供給されるエッチング材料がプラズマ１１６を形成するように設定される。プラズマ１１６は、ウエハ１２４を含む、プラズマ形成空間１１２内の材料をエッチングする。

前述のように、厚さｔ１ １２２のプラズマシース１１８は、プラズマ１１６と、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２の底表面１２６、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８の内表面１２８、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４の上表面１３０、及びＥＳＣ１０６との間に広がる。電極１０６にＲＦ電圧が印加される間に、プラズマが形成され、エッチングプロセスを実施するためにプラズマシース１１８を経てプラズマ１１６内のイオンが加速される。

エッチングプロセスでは、極めて高いイオンエネルギが必要とされるのが通常である。このような極めて高いイオンエネルギは、ＲＦドライバ１１０によって供給されるＥＳＣ１０６への印加ＲＦ電圧を増加させることによって達成することができる。プラズマ１１６のイオンエネルギは、ウエハ１２４とプラズマ１１６との間の電位差によって定められる。ウエハＤＣバイアスは、ＥＳＣ１０６と、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８、及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４との間の電極面積比に関係している。ＤＣバイアスは、また、接地表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８、及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４）に対するプラズマ１１６の電位と、ウエハ１２４に対するプラズマ１１６の電位との間の差にも直接関係している。電極面積、及び対応するウエハＤＣバイアスは、以下で更に詳しく論じられる。

通電電極の電極総面積対接地表面の電極総面積は、従来より、電極面積比と呼ばれている。電極面積比は、物理的表面の面積の関数であり、また、物理的表面の材料の電気的性質の関数でもある。システム１００のパーツに対する異なる材料の使用は、ＥＳＣ１０６と、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８、及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４との間のインピーダンスを変化させることによって、その電気的性質を変化させえる。この点において、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８は、着脱可能に配されてよく、異なる電気的性質を有する異なる閉じ込めリングに交換し、電気的に浮遊させる又は接地することができる。このような交換は、システム１００の電気的性質を変化させることによって、面積比をそして最終的にはＥＳＣ１０６と接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４との間のＤＣバイアスを変化させることができる。

高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチングは、ウエハ１２４の表面において極めて高いイオンエネルギを要求するのが通常であり、したがって、ＲＦドライバ１１０から、より高い駆動電圧をより長期間にわたって必要とするであろう。より高いこれらの駆動電圧は、プラズマ形成空間１１２内のプラズマ電位を高くし、そうして、より高いエネルギのイオンをウエハ１２４の表面はもちろん接地表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２の底表面１２６、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８の内表面１２８、及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４の上表面１３０）に衝突させる。

システム１００のパーツの摩耗の加速を最小限に抑えるために、プラズマ電位、及びしたがってｔ１シース電位は、ＥＳＣ１０６と、接地部分すなわち接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４との間の電極面積比を大きくすることによって調整されえる。電極面積比は、物理的表面積の少なくとも１つを増大させることによって又は接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２及び接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４の少なくとも１つの電気的特質を変化させることによって大きくされえる。

以下で更に詳しく論じられる従来の大容量チャンバウエハ処理システムは、上述された小容量チャンバウエハ処理システムよりも大きい電極面積比を有する。具体的には、従来の大容量チャンバウエハ処理システムは、接地表面によって区画されるプラズマ形成空間として、従来の小容量チャンバウエハ処理システムと比べて大幅に大きなプラズマ形成空間を有する。したがって、従来の大容量チャンバウエハ処理システムは、従来の小容量チャンバウエハ処理システムの接地表面積と比べて大幅に広い接地表面積を有する。このように、従来の大容量チャンバウエハ処理システムは、従来の小容量チャンバウエハ処理システムと比べて高いウエハＤＣバイアスを有する。接地面積対通電電極面積の比が大きいと、ウエハ表面におけるイオンエネルギが増すのみならず、プラズマ電位も下がり、したがって、プラズマに面している接地チャンバパーツの摩耗率も低減される。

次に、図２を参照にして、従来の大容量チャンバウエハ処理システムの例が説明される。

図２は、従来の大容量チャンバエッチングプロセスにおける従来の大容量チャンバウエハ処理システムの断面図である。システム２００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４と、接地チャンバ壁部分２０８と、ＥＳＣ１３２と、該ＥＳＣ２０６に接続されたＲＦドライバ２１０とを含む。接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４と、ＥＳＣ２０６と、接地チャンバ壁部分２０８とによって、プラズマ形成空間２１２が境界される。

静電力を通じて、ＥＳＣ２０６上にウエハ２２０が保持される。ＲＦドライバ２１０は、上述されたのと同様に、プラズマ形成空間２１２内にプラズマ２２４を形成するためにＥＳＣ２０６にＲＦ信号を提供する。プラズマ２２４と、接地表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４、及び接地チャンバ壁部分２０８）との間には、厚さｔ２ ２２６のプラズマシース２１８が存在する。通電電極（ＥＳＣ２０６）の電極面積は、接地電極の面積と異なるので、プラズマ２２４とウエハ２２０との間には、より厚い異なるプラズマシース（不図示）が存在する。このプラズマシースの差は、接地チャンバ部分に（薄いプラズマシース及び低いシース電位に対応する）低エネルギのイオンが提供されている間に、ウエハ２２０の表面に（厚いプラズマシース及び高いシース電位に対応する）高エネルギのイオンが提供されることを可能にする。

プラズマ形成空間２１２は、プラズマ形成空間２１４に加えて、図１のシステム１００を参照にして上述されたようなプラズマ形成空間１１２に対応する第１のプラズマ形成空間部分２１６を含む。プラズマ形成空間１１２と比べて広いプラズマ形成空間２１２を持つことによって、システム２００は、システム１００の接地表面積と比べて広い接地表面積を有する。具体的には、システム２００の接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２は、システム１００の接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２よりも広い表面積を有し、システム２００の接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４は、システム１００の接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４よりも広い表面積を有し、システム２００の接地チャンバ壁部分２０８は、システム１００の着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８よりも広い表面積を有する。

上述された面積の増大は、ＥＳＣ２０６と、この場合は接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４、及び接地チャンバ壁部分２０８を含む接地チャンバ部分との間の面積比を大きくする。前述されたように、この大きい面積比は、プラズマ２２４の対接地電位を低下させるとともにプラズマシース２１８の厚さｔ２ ２２６を減少させつつ、ウエハ２２０におけるイオンエネルギを増加させる。プラズマシース２１８の電位は、プラズマシース１１８の電位より低く、これは、接地チャンバ部分に提供されるイオンエネルギを低くし、したがって、摩耗率を引き下げる結果となる。シース２１８の電位と、シース１１８の電位との間の差は、システム２００の電極面積比と、システム１００の面積比との差に関係している。したがって、システム２００は、その接地チャンバ部分に、システム１００の場合よりも低いプラズマシース電位（したがって低いイオンエネルギ）を提供することができる。

ウエハ２２０におけるイオンエネルギの増大は、システム２００のエッチング速度をシステム１００よりも大きくする。これは、従来の小容量チャンバと比べて従来の大容量チャンバが有する利点である。

図１に示された従来の小容量チャンバと異なり、図２に示された従来の大容量チャンバは、着脱可能な浮遊閉じ込めリングを含まない。したがって、図１に示された従来の小容量チャンバと異なり、図２のチャンバは、面積比を調整し、最終的にウエハＤＣバイアスを調整及び最適化するために、その電気的性質を容易に変更することができないであろう。

図１のシステム１００と比べたときの、図２のシステム２００による全体的な相殺点は、システム２００が、システム１００のウエハＤＣバイアスよりも高いウエハＤＣバイアスを有する一方で、交換可能な浮遊閉じ込めリングを伴わないゆえに全体に運転費が高く尚且つ柔軟性が低いことにある。

必要とされるのは、従来の小容量チャンバウエハ処理システムよりも高いウエハＤＣバイアスを有する一方で従来の大容量チャンバウエハ処理システムよりも運転費が低くてすむチャンバウエハ処理システムである。

本発明の目的は、従来の小容量チャンバウエハ処理システムよりも高いウエハＤＣバイアスを有する一方で従来の大容量チャンバウエハ処理システムよりも運転費が低くてすむチャンバウエハ処理システムを提供することにある。

本発明の一態様にしたがって、ドライバ及び材料供給源とともに使用するためのウエハ処理システムが提供される。ドライバは、駆動信号を生成するように動作可能である。材料供給源は、材料を提供するように動作可能である。ウエハ処理システムは、上側閉じ込めチャンバ部分と、下側閉じ込めチャンバ部分と、閉じ込めリングと、静電チャックとを含む。上側閉じ込めチャンバ部分は、上側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する。下側閉じ込めチャンバ部分は、上側閉じ込めチャンバ部分に接触するように分離可能に配される。下側閉じ込めチャンバ部分は、下側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する。閉じ込めリングは、上側閉じ込めチャンバ部分内表面及び下側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配される。閉じ込めリングは、閉じ込めリング内表面を有する。静電チャックは、静電チャック上表面を有し、駆動信号を受信するように構成される。上側閉じ込めチャンバ部分、下側閉じ込めチャンバ部分、閉じ込めリング、及び静電チャックは、上側閉じ込めチャンバ部分内表面と、下側閉じ込めチャンバ部分内表面と、閉じ込めリング内表面と、静電チャック上表面とが材料を受け取り可能なプラズマ形成空間を取り巻くように配置される。上側閉じ込めチャンバ部分、下側閉じ込めチャンバ部分、閉じ込めリング、及び静電チャックは、静電チャックが駆動信号を受信するときに材料をプラズマに変換するように動作可能である。閉じ込めリングは、非矩形の断面を有する。

発明の更なる目的及び新規の特徴は、一部には、以下の説明において明記され、一部には、以下を検証することによって当業者に明らかになる又は発明の実施することによって学習されえる。発明の利点は、添付の特許請求の範囲に特に挙げられる手段及び組み合わせによって実現及び達成されえる。

本明細書に組み込まれ且つ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の典型的な一実施形態を示しており、説明と相まって、発明の原理を明らかにする働きをする。

従来の小容量チャンバエッチングプロセスにおける従来の小容量チャンバウエハ処理システムの断面図である。

従来の大容量チャンバエッチングプロセスにおける従来の大容量チャンバウエハ処理システムの断面図である。

ウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

図１の従来の小容量チャンバウエハ処理システムを、ウエハエッチングプロセスの例における、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する図３の小容量チャンバウエハ処理システムの例と比較したグラフである。

フィルタを使用するウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する別の小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

ウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、変更された着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する図５の小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

ウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、別の変更された着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する図５の小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

ウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、別の変更された着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する図５の小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

ウエハエッチングプロセスの例における、本発明の一態様にしたがった、別の変更された着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリングを使用する図５の小容量チャンバウエハ処理システムの例の断面図である。

本発明の一態様にしたがうと、小容量チャンバウエハ処理システムは、従来の閉じ込めリングよりも広い表面積を有するように成形された閉じ込めリングを含む。それによって、本発明にしたがった閉じ込めリングは、通電電極と接地表面との間の面積比を大きくしてウエハＤＣバイアスを高くする。したがって、本発明にしたがった小容量チャンバウエハ処理システムは、従来の小容量チャンバウエハ処理システムよりも高いウエハＤＣバイアスを提供する一方で従来の大容量チャンバウエハ処理システムよりも運転費が低くてすむ。

次に、図３〜５を参照にして、以下で、本発明の態様の例が説明される。

図３を参照にして、ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった小容量チャンバウエハ処理システムの例が説明される。

図において、システム３００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８と、ＥＳＣ１０６と、該ＥＳＣ１０６に接続されたＲＦドライバ１１０と、排気部１１４とを含む。ＥＳＣ１０６の上表面２０６と、上側閉じ込めチャンバ部分１０２の接地底表面１２６と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４の上表面１３０と、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８の内表面３０２とによって、プラズマ形成空間３１２が区画される。

静電力を通じて、ＥＳＣ１０６上にウエハ３２０が保持される。ＲＦドライバ１１０は、図３を参照にして上述されたのと同様に、プラズマ形成空間３１２内にプラズマ３１６を形成するためにＥＳＣ１０６にＲＦ信号を提供する。プラズマ３１６と、接地表面（接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部１０４、及び着脱可能な接地閉じ込めリング３０８）との間には、厚さｔ３ ３２６のプラズマシース３１８が存在する。

着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８の矩形断面と異なり、非矩形の断面を有するので、システム３００は、システム１００の接地表面積と比べて広い接地表面積を有する。

本発明のこの態様にしたがった接地表面積の増大は、ＥＳＣ１０６と、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を含む接地チャンバ部分との間の面積比を、図１に関して上述された従来のシステムと比べて大きくする。この大きい面積比は、ウエハＤＣバイアスを高くし、ウエハ３２０におけるイオンエネルギを増加させる。この大きい面積比は、また、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８に対するプラズマ３１６のプラズマ電位を、図１に関して上述された従来のシステムと比べて低くする。具体的には、プラズマ電位の低下ゆえに、プラズマシース３１８の厚さｔ３ ３２６は、図１のシステム１００によって提供されるプラズマシース１１８の厚さｔ１ １２２よりも小さい。

したがって、矩形の着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８ではなく、例えば、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用して、閉じ込めリングの表面積を広くすることによって、結果得られるプラズマシースの厚さは、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８の周囲において、厚さｔ１ １２２から厚さｔ３ ３２６に減少する。

プラズマシース３１８の厚さｔ３ ３２６は、プラズマシース１１８の厚さｔ１ １２２よりも小さい一方で、プラズマシース２１８の厚さｔ２ ２２６ほどは薄くないことを注意されるべきである。したがって、システム３００は、システム１００よりもウエハＤＣバイアスが大きく且つ接地チャンバ部分に対するプラズマ電位が低いプラズマ３１６を生成するように動作可能である一方で、システム２００よりもウエハＤＣバイアスが小さく且つ接地チャンバ部分に対するプラズマ電位が高いプラズマ３１６を生成するように動作可能である。

図４は、エッチングプロセス中のウエハ表面における、電子ボルトを単位として測定された最大イオンエネルギを表わすｘ軸と、ボルトを単位として測定された最大プラズマ電位を表わすｙ軸とを有するグラフである。グラフにおいて、関数４０２は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００についての測定結果に対応している。更に、関数４０４は、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００についての測定結果に対応している。

関数４０２を関数４０４と比較することによって明確に示されるように、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００は、或る決まった最大プラズマ電位において、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００よりも大幅に高いウエハにおける最大イオンエネルギを提供する。

例えば、関数４０２上のデータ点４０６は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００が、ウエハにおける最大イオンエネルギがおよそ３４００ｅＶ（電子ボルト）である場合におよそ１１００Ｖの最大プラズマ電位を提供することを示している。これに対して、関数４０４上のデータ点４０８は、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００が、ウエハにおける最大イオンエネルギがおよそ４６００ｅＶである場合におよそ１１００Ｖの最大プラズマ電位を提供することを示している。

同様に、関数４０２上のデータ点４０２は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００が、ウエハにおける最大イオンエネルギがおよそ４２００ｅＶである場合におよそ１６００Ｖの最大プラズマ電位を提供することを示している。これに対して、関数４０４上のデータ点４１２は、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００が、ウエハにおける最大イオンエネルギがおよそ５３００ｅＶである場合におよそ１６００Ｖの最大プラズマ電位を提供することを示している。

言い換えると、同じ最大プラズマ電位の場合、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００と比べて、ウエハにおける最大イオンエネルギをおよそ３０％増加させる。ウエハ表面におけるイオンエネルギの増加は、エッチング速度を増大させる。したがって、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８の使用は、着脱可能な浮遊閉じ込めリング１０８を使用するシステム１００と比べてエッチング速度を増大させる。

とは言え、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８の使用は、閉じ込めリングを含まないシステム２００と比べてイオンエネルギを減少させる。しかしながら、上述されたように、システム３００は、システム１００と同程度の容量のチャンバを有する。したがって、システム３００は、システム２００と比べると、各ウエハ処理後に洗浄するべき表面積が大幅に狭くてすむ。したがって、本発明の一態様にしたがった、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８を使用するシステム３００は、システム２００と比べて運転費が少なくてすむ、すなわち、運転のための電力、費用、時間、及び材料が少なくてすむ。

システム３００のもう１つの利点は、システム３００の電気的性質を変更するために、Ｃ字型接地閉じ込めリング３０８が交換可能であることにある。電気的性質は、したがって、具体的な用途に応じ、面積比を調整しそして最終的にウエハＤＣバイアスを調整及び最適化するために、容易に変更することができる。着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８は、また、時間の経過とともに（使用を経て）悪影響を受けることもあるが、チャンバ全体を交換する費用の何分の１かの費用で交換することができる。これに対して、システム２００は、着脱可能な閉じ込めリングを伴わないので、チャンバのウエハＤＣバイアスを最適化する又は摩耗ゆえの修復／交換を行うためのこのような柔軟性を有さない。これは、システム３００の運転費を、システム２００の運転費と比べて更に縮小させる。

次に、図５を参照にして、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が説明される。

図において、システム５００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８と、ＥＳＣ１０６と、該ＥＳＣ１０６に接続されたＲＦドライバと、排気部１１４とを含む。システム５００は、更に、ＲＦフィルタ５０２と、ＲＦフィルタ５０４と、ＲＦフィルタ５０８とを含む。各ＲＦフィルタ５０２，５０４，５０８は、対接地ＲＦ電流を制御するように動作可能な任意の既知のフィルタの形態をとりえる。

インピーダンスの変化は、ウエハ３２０におけるイオンエネルギを変化させ、対接地プラズマ５１６電位を変化させる。このように、インピーダンスの変化は、プラズマシース５１８の厚さｔ４ ５２６を、プラズマシース３１８の厚さｔ３ ３２６と比べて変化させるであろう。接地チャンバ部分のインピーダンスを変化可能であることは、こうして、プラズマの形状のそしてイオンエネルギの調整を可能にする。

図３〜５を参照にして上述された実施形態の例では、接地閉じ込めリングは、その非矩形の断面形状が「Ｃ」に似ていることから「Ｃ字型」接地閉じ込めリングと呼ばれる。しかしながら、本発明の一態様にしたがったその他の実施形態の接地閉じ込めリングは、Ｃに似ていない非矩形の断面形状を有し、それでもなお、矩形の断面形状を有する接地閉じ込めリングと比べて広い表面積を有する。次に、図６〜９を参照にして、以下で、非矩形接地閉じ込めリングの実施形態の更なる例が説明される。

図６を参照にして、ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が説明される。

図において、システム６００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８と、ＥＳＣ１０６と、ＲＦフィルタ５０２と、ＲＦフィルタ５０４と、ＲＦフィルタ５０８と、ＥＳＣ１０６に接続されたＲＦドライバと、排出部分１１４とを含む。システム６００は、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング５０１が、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８で置き換えられているという点で、図５を参照にして上述されたシステム５００と異なる。着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８の内表面は、複数の突出６０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング５０８と比べて広い表面積を提供する。突出６０２は、任意の形状をとってよく、その非限定的な例として、長くて薄いスパイクが挙げられる。

ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図７に示されている。図において、システム７００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８の内表面は、複数のフィン７０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング５０８と比べて広い表面積を提供する。

次に、ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図８を参照にして説明される。図において、システム８００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８の内表面は、複数のスパイク８０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング５０８と比べて広い表面積を提供する。

ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図９を参照にして説明される。図において、システム９００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、凸状部分９０２を有する着脱可能な接地閉じ込めリング９０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能な接地閉じ込めリング９０８の内表面は、凸状部分９０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング９０８と比べて広い表面積を提供する。

上述されたように、図６の着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、図７の着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、図８の着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び図９の凸状部分９０２を有する着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図９の着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング９０８と比べて広い表面積を提供する。したがって、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図５のシステム５００と比べて広い合計表面積の接地電極を有する。その結果、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図５のシステム５００と比べて高いウエハＤＣバイアスを提供することができる。より高いウエハＤＣバイアスは、ウエハ３２０におけるイオンエネルギを増加させ、接地電極に対するプラズマの電位を低下させる。したがって、システム６００のプラズマシース６１８の厚さｔ５ ６２６、システム７００のプラズマシース７１８の厚さｔ６ ７２６、システム８００のプラズマシース８１８の厚さｔ７ ８２６、及びシステム９００のプラズマシース９１８の厚さｔ８ ９２６は、それぞれ、システム５００のプラズマシース５１８の厚さｔ４ ５２６未満である。

システム５００，６００，７００，８００，９００の持つ総合的な利点は、非矩形断面による接地閉じ込めリングの物理的面積の増大ゆえの面積比の増加にある。システム６００、システム７００、システム８００、及びシステム９００は、それぞれ、システム５００と比べてウエハ３２０におけるイオンエネルギを増加させられるが、システム６００、システム７００、システム８００、及びシステム９００は、それぞれ、自動洗浄を必要とする面積の増大ゆえに運転費も増すであろう。しかしながら、接地閉じ込めリングの表面上へのポリマの蒸着は、エッチンングプロセス中に接地閉じ込めリングを高温に加熱することによって制御することができる。

厚さｔ８ ９２６、ｔ７ ８２６、ｔ６ ７２６、及びｔ５ ６２６は、それぞれ、厚さｔ３ ３２６未満であるプラズマシース５１８の厚さｔ４ ５２６未満である。システム５００，６００，７００，８００，９００は、また、ＷＡＣプロセスを軽減するという小容量チャンバシステムの利点も維持し、そうして、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能な接地閉じ込めリング５０８，６０８，７０８，８０８，９０８の寿命を延ばすとともに時間、エネルギ、及び費用の削減も図ることができる。

本発明の態様にしたがうと、小容量チャンバウエハ処理システムは、従来の小容量チャンバウエハ処理システム１００と比べて高いウエハＤＣバイアスを有するうえに従来の大容量チャンバウエハ処理システム２００よりも運転費が少なくてすむ。

発明の様々な好ましい実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提示されてきた。これは、包括的であること、すなわち開示された厳密な形態に発明を制限することを意図しておらず、上記の教示内容に照らして多くの変更及びヴァリエーションが可能であることが明らかである。上述されたような実施形態の例は、発明の原理及びその実際の応用を最も良く説明することよって、当業者が発明を様々な実施形態のかたちで及び考えられる具体的な用途に適するように様々な変更を伴うかたちで最も良く用いることを可能にするために選択され、説明されたものである。発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められることを意図される。

図２は、従来の大容量チャンバエッチングプロセスにおける従来の大容量チャンバウエハ処理システムの断面図である。システム２００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４と、接地チャンバ壁部分２０８と、ＥＳＣ２０６と、該ＥＳＣ２０６に接続されたＲＦドライバ２１０とを含む。接地上側閉じ込めチャンバ部分２０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分２０４と、ＥＳＣ２０６と、接地チャンバ壁部分２０８とによって、プラズマ形成空間２１２が境界される。

図において、システム３００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８と、ＥＳＣ１０６と、該ＥＳＣ１０６に接続されたＲＦドライバ１１０と、排気部１１４とを含む。ＥＳＣ１０６の上表面１３２と、上側閉じ込めチャンバ部分１０２の接地底表面１２６と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４の上表面１３０と、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８の内表面３０２とによって、プラズマ形成空間３１２が区画される。

図において、システム６００は、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２と、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４と、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８と、ＥＳＣ１０６と、ＲＦフィルタ５０２と、ＲＦフィルタ５０４と、ＲＦフィルタ５０８と、ＥＳＣ１０６に接続されたＲＦドライバと、排出部分１１４とを含む。システム６００は、着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８が、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８で置き換えられているという点で、図５を参照にして上述されたシステム５００と異なる。着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８の内表面は、複数の突出６０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング３０８と比べて広い表面積を提供する。突出６０２は、任意の形状をとってよく、その非限定的な例として、長くて薄いスパイクが挙げられる。

ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図７に示されている。図において、システム７００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８の内表面は、複数のフィン７０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング３０８と比べて広い表面積を提供する。

次に、ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図８を参照にして説明される。図において、システム８００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８の内表面は、複数のスパイク８０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング３０８と比べて広い表面積を提供する。

ウエハ処理プロセス（エッチング）における、本発明の一態様にしたがった別の小容量チャンバウエハ処理システムの例が、図９を参照にして説明される。図において、システム９００は、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８が、凸状部分９０２を有する着脱可能な接地閉じ込めリング９０８で置き換えられているという点で、図６を参照にして上述されたシステム６００と異なる。着脱可能な接地閉じ込めリング９０８の内表面は、凸状部分９０２を有しており、したがって、Ｃ字型接地閉じ込めリング３０８と比べて広い表面積を提供する。

上述されたように、図６の着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、図７の着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、図８の着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び図９の凸状部分９０２を有する着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図５の着脱可能なＣ字型接地閉じ込めリング３０８と比べて広い表面積を提供する。したがって、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図５のシステム５００と比べて広い合計表面積の接地電極を有する。その結果、着脱可能な突出付き接地閉じ込めリング６０８、着脱可能なフィン付き接地閉じ込めリング７０８、着脱可能なスパイク付き接地閉じ込めリング８０８、及び着脱可能な接地閉じ込めリング９０８は、それぞれ、図５のシステム５００と比べて高いウエハＤＣバイアスを提供することができる。より高いウエハＤＣバイアスは、ウエハ３２０におけるイオンエネルギを増加させ、接地電極に対するプラズマの電位を低下させる。したがって、システム６００のプラズマシース６１８の厚さｔ５ ６２６、システム７００のプラズマシース７１８の厚さｔ６ ７２６、システム８００のプラズマシース８１８の厚さｔ７ ８２６、及びシステム９００のプラズマシース９１８の厚さｔ８ ９２６は、それぞれ、システム５００のプラズマシース５１８の厚さｔ４ ５２６未満である。

厚さｔ８ ９２６、ｔ７ ８２６、ｔ６ ７２６、及びｔ５ ６２６は、それぞれ、厚さｔ３ ３２６未満であるプラズマシース５１８の厚さｔ４ ５２６未満である。システム５００，６００，７００，８００，９００は、また、ＷＡＣプロセスを軽減するという小容量チャンバシステムの利点も維持し、そうして、接地上側閉じ込めチャンバ部分１０２、接地下側閉じ込めチャンバ部分１０４、及び着脱可能な接地閉じ込めリング３０８，６０８，７０８，８０８，９０８の寿命を延ばすとともに時間、エネルギ、及び費用の削減も図ることができる。

Claims (12)

1. ドライバ及び材料供給源とともに使用するためのウエハ処理システムであって、前記ドライバは、駆動信号を生成するように動作可能であり、前記材料供給源は、材料を提供するように動作可能であり、前記ウエハ処理システムは、
   上側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する上側閉じ込めチャンバ部分と、
   前記上側閉じ込めチャンバ部分に接触するように分離可能に配され、下側閉じ込めチャンバ部分内表面を有する下側閉じ込めチャンバ部分と、
   前記上側閉じ込めチャンバ部分内表面及び前記下側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配され、閉じ込めリング内表面を有する閉じ込めリングと、
   静電チャック上表面を有し、前記駆動信号を受信するように構成された静電チャックと、
   を備え、前記上側閉じ込めチャンバ部分、前記下側閉じ込めチャンバ部分、前記閉じ込めリング、及び前記静電チャックは、前記上側閉じ込めチャンバ部分底表面と、前記下側閉じ込めチャンバ部分上表面と、前記閉じ込めリング内表面と、前記静電チャック上表面とが前記材料を受け取り可能なプラズマ形成空間を取り巻くように配置され、
   前記上側閉じ込めチャンバ部分、前記下側閉じ込めチャンバ部分、前記閉じ込めリング、及び前記静電チャックは、前記静電チャックが前記駆動信号を受信するときに前記材料をプラズマに変換するように動作可能であり、
   前記閉じ込めリングは、非矩形の断面を有する、ウエハ処理システム。
2. 請求項１に記載のウエハ処理システムであって、
   前記閉じ込めリングは、Ｃ字型の断面を有する、ウエハ処理システム。
3. 請求項１に記載のウエハ処理システムであって、
   前記閉じ込めリング内表面は、突出を含む、ウエハ処理システム。
4. 請求項３に記載のウエハ処理システムであって、
   前記突出は、フィンを含む、ウエハ処理システム。
5. 請求項３に記載のウエハ処理システムであって、
   前記突出は、スパイクを含む、ウエハ処理システム。
6. 請求項３に記載のウエハ処理システムであって、
   前記突出は、隆起を含む、ウエハ処理システム。
7. ドライバ、材料供給源、上側閉じ込めチャンバ部分、下側閉じ込めチャンバ部分、及び静電チャックを含むウエハ処理システムとともに使用するための閉じ込めリングであって、前記ドライバは、駆動信号を生成するように動作可能であり、前記材料供給源は、材料を提供するように動作可能であり、前記上側閉じ込めチャンバ部分は、上側閉じ込めチャンバ部分内表面を有し、前記下側閉じ込めチャンバ部分は、前記上側閉じ込めチャンバ部分に接触するように分離可能に配され、下側閉じ込めチャンバ部分内表面を有し、前記静電チャックは、静電チャック上表面を有し、前記駆動信号を受信するように構成され、前記閉じ込めリングは、
   前記上側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配された第１の閉じ込めリング表面と、
   前記下側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配された第２の閉じ込めリング表面と、
   閉じ込めリング内表面と、
   を備え、前記第１の閉じ込めリング表面が前記上側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配され尚且つ前記第２の閉じ込めリング表面が前記下側閉じ込めチャンバ部分内表面に接触するように着脱可能に配されたときに、前記上側閉じ込めチャンバ部分、前記下側閉じ込めチャンバ部分、前記閉じ込めリング内表面、及び前記静電チャックは、前記上側閉じ込めチャンバ部分内表面と、前記下側閉じ込めチャンバ部分内表面と、前記閉じ込めリング内表面と、前記静電チャック上表面とが前記材料を受け取り可能なプラズマ形成空間を取り巻くように配置され、
   前記閉じ込めリングは、非矩形の断面を有する、閉じ込めリング。
8. 請求項７に記載のウエハ処理システムであって、
   前記閉じ込めリング内表面は、Ｃ字型の断面を有する、ウエハ処理システム。
9. 請求項７に記載のウエハ処理システムであって、
   前記閉じ込めリング内表面は、突出を含む、ウエハ処理システム。
10. 請求項９に記載のウエハ処理システムであって、
    前記突出は、フィンを含む、ウエハ処理システム。
11. 請求項９に記載のウエハ処理システムであって、
    前記突出は、スパイクを含む、ウエハ処理システム。
12. 請求項９に記載のウエハ処理システムであって、
    前記突出は、隆起を含む、ウエハ処理システム。

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