JP2021010016A - 縁部クリティカルディメンジョンの均一性制御用のプロセスキット - Google Patents

Abstract

【課題】調整可能なリングアセンブリ、調整可能なリングアセンブリを有するプラズマ処理チャンバ、及びプラズマ処理を調整するための方法を提供する。【解決手段】調整可能なリングアセンブリは、露出した上面２５２と、底面２５６とを有する外側セラミックスリング２１０と、外側セラミックスリングと係合するように構成され、これによってオーバーラップ領域２３３を画定する内側シリコンリング２１２と、を含む。内側シリコンリングは、内面２３９と、上面２４３と、内面と上面との間に形成されたノッチ（上面２４１及び中間面２４２）とを有し、内面は、リングアセンブリの内径を画定し、ノッチは、基板の縁部を受け入れる大きさであり、内側シリコンリングの上面の外側部分２３２は、オーバーラップ領域内で、外側セラミックスリングの底面の内側部分の下にあり、接触する。【選択図】図３

Description

開示の背景

（発明の分野）
本明細書の実施形態は、概して、プラズマ処理中に基板の縁部に沿ってクリティカルディメンジョンの均一性を制御することに関する。より具体的には、実施形態は、調整可能なリングプロセスキット及びその使用方法に関する。

（背景技術の説明）
様々な半導体製造プロセス（とりわけ、プラズマ支援エッチング、物理蒸着、及び化学蒸着等）が、内部で半導体ワークピースが処理中にカバーリングと係合（嵌合）するプラズマ処理チャンバ内で実行される。例えば、ワークピースをエッチングするために構成されたプラズマ処理チャンバ内では、半導体基板は、処理チャンバ内の基板支持台座上に取り付けられる。基板支持台座は、ＲＦバイアスを印加可能な金属電極を含む。プラズマは、処理チャンバに供給される処理ガスの混合物から形成される。処理チャンバ内の圧力は、チャンバから副生成物もまた除去するポンプによって維持される。電源は、基板支持台座内部の電極に結合され、これによってプラズマに対して負のバイアス電圧を電極上に生成する。バイアス電圧は、プラズマからイオンを引きつけ、ワークピースに衝突させ、これによって所望の製造プロセスを促進する。電極が負にバイアスされているので、基板支持台座は、しばしばカソードと呼ばれる。

カソードは、通常、カバー及びライナによって囲まれ、これによってイオン衝撃に起因するダメージからカソードを保護する。例えば、ライナは、カソードの側壁を取り囲むために利用することができ、一方、カバーリングは、カソードの上面を覆うために利用される。基板は、台座上に支持されながら、カバーリングの内側に配置される。チャンバ内に形成されたプラズマガスからのイオンは、基板を標的にするためにカソードによってバイアスが掛けられる。しかしながら、エッチング中、プラズマからのイオンは、基板内に形成された構造（フィーチャー）の側壁を攻撃する傾向のある自然の広がり角を有する。また、カバーリングの偏りは、基板とは異なり、基板の表面全域に亘るイオンの不均一性につながる。

半導体デバイスを形成するために使用される構造の幾何学的限界が、技術の限界に押されるにつれて、小さなクリティカルディメンジョンの構造の製造中の正確なプロセス制御の必要性は、ますます重要になってきている。クリティカルディメンジョン（例えば、相互接続、ビア、トレンチ、接点（コンタクト）、デバイス、ゲート及び他の構造、並びにそれらの間に配置された誘電体材料の幅又はピッチ）は、それに応じて減少する。しかしながら、プラズマガスの不均一性は、特に、それがリングに合う基板の縁部近くで、悪い処理結果に寄与する。

いくつかのデバイス構成は、所望の構造を形成するためにディープフィーチャーエッチングを要求する。高アスペクト比を有する構造のディープフィーチャーエッチングに関連する課題は、チャンバ内のイオンの不均一な分布に起因する異なるフィーチャー密度及びほぼ垂直な側壁の形成を有する複数の層を貫通して形成されるフィーチャー内のエッチング速度を制御することである。エッチング処理中の基板表面全域に亘るプラズマの不均一性に起因する悪いプロセス制御は、不規則な構造プロファイル及びラインエッジ粗さをもたらし、これによって形成された構造に対して悪いライン整合性及び不正確なクリティカルディメンジョンをもたらす可能性がある。エッチング中に形成されたエッチング副生成物の不規則なプロファイル及び成長は、構造を製造するために使用される開口を徐々に塞ぎ、これによってエッチング構造の湾曲した、ゆがんだ、崩壊した、又はねじれたプロファイルをもたらす可能性がある。

従って、構造のジオメトリは、更に高いアスペクト比に向かって移るので、上層をアンダーエッチングする又は下層内にオーバーエッチングすることなく基板上で制御する、特に、基板の異なる領域に亘って制御するために、効率的かつ正確なエッチング速度を維持することは、ますます困難になっている。基板上に構造又はパターンを設計通りに形成することの失敗は、望まない欠陥をもたらし、後続のプロセス工程に悪影響を与え、究極的には最終的な集積回路構造の性能を低下させる又は不能にする可能性がある。

新しい３Ｄ ＮＡＮＤアーキテクチャは、エッチングシステムに対する要求を強める交互の誘電体層のスタックを含む。エッチングシステムは、最大８０：１までの構造のアスペクト比のために基板全体に亘る厳しいプロファイル制御ができなければならない。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）が縮まり、製造業者は、単一の基板上により多くのデバイスをパッケージングするのに骨を折っているので、次世代の半導体デバイスに適した高アスペクト比の構造をエッチングするための改善された方法及び装置が必要とされている。

概要

本発明の実施形態は、調整可能なリングアセンブリ、調整可能なリングアセンブリを有するプラズマ処理チャンバ、及びプラズマ処理を調整するための方法を提供する。一実施形態では、調整可能なリングアセンブリは、露出した上面と、底面とを有する外側セラミックスリングと、外側セラミックスリングと係合するように構成され、これによってオーバーラップ領域を画定する内側シリコンリングであって、内側シリコンリングは、内面と、上面と、内面と上面との間に形成されたノッチとを有し、内面は、リングアセンブリの内径を画定し、ノッチは、基板の縁部を受け入れる大きさであり、内側シリコンリングの上面の外側部分は、オーバーラップ領域内で、外側セラミックスリングの底面の内側部分の下にあり、接触するように構成される内側シリコンリングとを含む。

別の一実施形態では、プラズマ処理チャンバが提供される。プラズマ処理チャンバは、チャンバ本体内に配置された基板支持台座を含む。基板支持台座は、カソード電極が内部に配置される。リングアセンブリは、基板支持体上に配置される。リングアセンブリは、外側セラミックスリングと係合するように構成され、これによってオーバーラップ領域を画定する内側シリコンリングを含む。外側セラミックスリングは、露出した上面と、底面とを有する。内側シリコンリングは、内面と、上面と、内面と上面との間に形成されたノッチとを有する。内面は、リングアセンブリの内径を画定する。ノッチは、基板の縁部を受け入れる大きさである。内側シリコンリングの上面の外側部分は、オーバーラップ領域内で、外側セラミックスリングの底面の内側部分の下にあり、接触するように構成され、これによってオーバーラップは、カソード電極の上に配置される。

更に別の一実施形態では、リングアセンブリによってエッチング速度を調整するための方法が提供される。本方法は、リングアセンブリによって囲まれた第１基板をエッチングする工程であって、リングアセンブリは、セラミックス外側リングとシリコン内側リングがオーバーラップ領域を画定するために係合する工程と、オーバーラップ領域を変更するために、セラミックス外側リングとシリコン内側リングのうちの少なくとも１つを交換する工程と、変更されたオーバーラップ領域を有するリングアセンブリの存在下で第２基板をエッチングする工程とを含む。

本明細書内の実施形態の上述した構成を達成し、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、添付図面に示されているその実施形態を参照して行うことができる。
一実施形態に係る調整可能なリングアセンブリを有するプラズマ処理チャンバを示す。 内側リング及び外側リングを示す、図１に示された調整可能なリングアセンブリの部分断面図を示す。 内側及び外側リングのオーバーラップ部分を示す。 リングアセンブリの様々な構成に対するエッチング速度を示すグラフを示す。

実施形態の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、プラズマ処理を受ける基板の表面全域に亘ってプラズマイオンの横方向の均一性を制御可能にする調節可能なリングアセンブリを提供する。調整可能なリングアセンブリは、基板の縁部に沿ったイオンの混合及び濃度を変更することによって、基板の縁部に沿ってクリティカルディメンジョンを制御することができる。有利には、調整可能なリングアセンブリは、構造（フィーチャー）のＣＤの制御を維持しながら、積み重ねられた回路又は三次元集積回路（３Ｄ ＩＣ）内の高アスペクト比（ＨＡＲ）の構造のエッチングを可能にする。

新たな調整可能なリングアセンブリは、外側縁部に露出した上部石英表面と、内側縁部に露出した上面を提供する。内側縁部のシリコン表面は、エッチング処理中にプラズマ処理チャンバ内の基板の下に部分的に延びるように構成される。石英表面は、シリコン表面を部分的に覆う。オーバーラップの量は、調節又は調整され、これによってシリコン表面に隣接する基板の縁部に沿ってエッチングを制御することができる。リングアセンブリの石英表面がシリコン表面にオーバーラップすることができる割合は、約０％〜約１００％の範囲であり、これによって基板の縁部内及び周囲でプラズマイオンの流れを実質的に制御する。

図１は、調節可能なリングアセンブリ１３０を有する例示的な処理チャンバ１００を示す。例示的な処理チャンバ１００は、エッチング処理チャンバとして構成され、基板から１以上の材料層を除去するのに適している。本発明から利益を得るように適合させることができる処理チャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＡｐｐｌｉｅｄ ＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）Ａｖａｔａｒ（商標名）エッチング処理チャンバである。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバは、本発明の実施形態を実施するように適合させることができることが理解される。

処理チャンバ１００は、チャンバ蓋アセンブリ１１０によって密閉され、内部に処理チャンバ容積１５２を画定するチャンバ本体１０５を含む。チャンバ本体１０５は、側壁１１２と、底部１１８と、それらに結合された接地シールドアセンブリ１２６を有する。側壁１１２は、側壁１１２を保護し、処理チャンバ１００のメンテナンスサイクル間の時間を延ばすためのライナ１１５を有する。チャンバ本体１０５及び処理チャンバ１００の関連するコンポーネントの寸法は、限定されるものではなく、一般的に、処理される基板１２０のサイズよりも比例的に大きい。基板サイズの例は、とりわけ、直径１５０ｍｍ、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、及び直径４５０ｍｍを有する基板１２０を含む。

チャンバ本体１０５は、アルミニウム又は他の適切な材料から製造することができる。基板アクセスポート１１３は、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成され、処理チャンバ１００の内外への基板１２０の搬送を促進する。アクセスポート１１３は、基板処理システムの搬送チャンバ及び／又は他のチャンバ（いずれも図示せず）に結合することができる。

ポンピングポート１４５は、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成され、排気マニホールド１２３を介してチャンバ容積に接続される。ポンピング装置（図示せず）が処理チャンバ容積１５２に結合され、これによって排気して内部の圧力を制御する。排気マニホールド１２３は、ポンピング装置から排気マニホールド１２３内に引き込まれたプラズマガスの均一性を制御するためのバッフル板１５４を有する。ポンピング装置は、１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。ポンピング装置及びチャンバ冷却設計は、熱収支のニーズに適した温度（例えば、約−２５℃〜約５００℃）で、高ベース真空（約１ｘＥ^−８Ｔｏｒｒ以下）及び低い立ち上がり速度（約１０００ｍＴｏｒｒ／分）を可能にする。一実施形態では、ポンピング装置は、１０〜３０ｍＴの間の真空圧を可能にする。

ガス源１６０はチャンバ本体１０５に結合され、これによって処理チャンバ容積１５２内に処理ガスを供給する。１以上の実施形態では、処理ガスは、必要に応じて、不活性ガス、非反応性ガス、及び反応性ガスを含むことができる。ガス源１６０によって供給可能な処理ガスは、炭素含有ガスを含み、オプションで酸素含有ガス及び／又は不活性ガスを伴うが、これらに限定されない。炭素含有ガスの例は、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_ｘＦ_ｙＨ_ｚ、ＣＯＳ等を含む。酸素含有ガスの例は、Ｏ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＯＳ等を含む。あるいはまた、キャリアガス（例えば、Ｎ_２、Ａｒ、又はＨｅ）もまた、処理チャンバ１００内にハイドロフルオロカーボンガスをと共に組み込むことができる。ガスの更なる組み合わせは、ガス源１６０からチャンバ本体１０５へ供給することができる。例えば、ＨＢｒとＯ_２の混合物を処理容積内に供給して、シリコン（Ｓｉ）基板をエッチングすることができる。一実施形態では、エッチングガス混合物内に供給される処理ガスは、ＣＯＳ／Ｏ_２／Ｎ_２／ＣＨ_４である。

蓋アセンブリ１１０は、一般的に、シャワーヘッド１１４を含む。シャワーヘッド１１４は、ガス源１６０から処理チャンバ容積１５２内に処理ガスを導入するための複数のガス送出孔１５０を有する。シャワーヘッド１１４は、整合回路１４１を介してＲＦ電源１４２に接続される。シャワーヘッド１１４に供給されるＲＦ電力は、シャワーヘッド１１４を出た処理ガスを励起し、これによって処理チャンバ容積１５２内にプラズマを形成する。

基板支持台座１３５は、処理チャンバ容積１５２内でシャワーヘッド１１４の下方に配置される。基板支持台座１３５は、処理中に基板１２０を保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１２２を含むことができる。調整可能なリングアセンブリ１３０は、ＥＳＣ１２２上に、基板支持台座１３５の周縁部に沿って配置される。調整可能なリングアセンブリ１３０は、基板支持台座１３５の上面を処理チャンバ１００内部のプラズマ環境から遮蔽しながら、基板１２０の縁部でのエッチングガスラジカルの分布を制御するように構成される。

ＥＳＣ１２２は、整合回路１２４と統合されたＲＦ電源１２５によって通電される。ＥＳＣ１２２は、誘電体１３３内に埋め込まれた電極１３４を含む。ＲＦ電源１２５は、約２００ボルト〜約２０００ボルトのＲＦチャッキング電圧を電極１３４に供給することができる。ＲＦ電源１２５はまた、基板１２０をチャック・デチャックするための電極にＤＣ電流を向けることによって電極１３４の動作を制御するためのシステムコントローラに結合することができる。アイソレータ１２８は、ＥＳＣ１２２の側壁をプラズマイオンに対してより引き付けなくさせる目的のためにＥＳＣ１２２を囲む。また、基板支持台座１３５は、カソードライナ１３９を有し、これによって基板支持台座１３５の側壁をプラズマガスから保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンス間の時間を延ばす。カソードライナ１３９及びライナ１１５は、セラミックス材料から形成することができる。例えば、カソードライナ１３９とライナ１１５の両方は、イットリアから形成することができる。

冷却ベース１２９は、基板支持台座１３５を保護するために提供され、基板１２０の温度を制御するのを助長する。冷却ベース１２９及びＥＳＣ１２２は、一緒に動作し、基板１２０上に製造されるデバイスの熱収支によって要求される温度範囲内に基板温度を維持する。ＥＳＣ１２２は、基板を加熱するためのヒータを含むことができ、一方、冷却ベース１２９は、ＥＳＣ１２２及び上に配置される基板からの沈んでいる熱に熱伝達流体を循環させるための導管を含むことができる。例えば、ＥＳＣ１２２及び冷却ベース１２９は、特定の実施形態では、約−２５℃〜約１００℃の温度に、他の実施形態では、約１００℃〜約２００℃の温度範囲の温度で、更に他の実施形態では、約２００℃〜約５００℃で、基板１２０を保持するように構成することができる。一実施形態では、ＥＳＣ１２２及び冷却ベース１２９は、約１５℃〜約４０℃に基板１２０の温度を維持する。

リフトピン（図示せず）は、基板支持台座１３５を貫通して選択的に動かされ、これによって基板支持台座１３５の上方に基板１２０を持ち上げ、搬送ロボット又は他の適切な搬送機構による基板１２０へのアクセスを促進する。

カソード電極１３８は、基板支持台座１３５内に配置され、統合された整合回路１３７を介してＲＦ電源１３６に接続される。カソード電極１３８は、基板１２０の下からプラズマに電力を容量結合する。一実施形態では、ＲＦ電源１３６は、カソード電極１３８に約２００Ｗ〜約１０００Ｗの間のＲＦ電力を提供する。

コントローラ１４６は、処理チャンバ１００に結合させることができる。コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）１４７、メモリ、及びサポート回路を含むことができる。コントローラは、処理シーケンスを制御するために用いられ、ガス供給源１６０から処理チャンバ１００内へのガス流、電源１３６、１４２への電力、及び他の処理パラメータを調節する。ＣＰＵ１４７は、工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの任意の形態とすることができる。ソフトウェアルーチンは、メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フロッピー（商標名）又はハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタルストレージ）内に格納することができる。サポート回路は、ＣＰＵ１４７に従来的に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を含むことができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４７によって実行されると、処理が本発明に従って実行されるように処理チャンバ１００を制御する特定の目的のコンピュータ（コントローラ）にＣＰＵ１４７を変換する。ソフトウェアルーチンはまた、処理チャンバ１００から離れて位置する第２コントローラ（図示せず）によって保存及び／又は実行されてもよい。

処理中、ガスが処理チャンバ１００内に導入され、これによってプラズマを形成し、基板１２０の表面をエッチングする。基板支持台座１３５は、電源１３６によってバイアスが掛けられる。電源１４２は、プラズマを形成するためにシャワーヘッド１１４から離れたガス源１６０によって供給される処理ガスを励起する。プラズマからのイオンは、基板支持台座１３５内のカソードに引き寄せられ、基板１２０に衝突／エッチングする。調整可能なリングアセンブリ１３０は更に、基板の縁部でエッチャントの分布を制御し、これによって所望のエッチング結果を得るように、縁部から中心までのエッチングの均一性を制御することができる。

一実施形態では、基板１２０は、高アスペクト比の構造を有してエッチングされる。エッチング混合物を処理チャンバ内に供給しながら、いくつかの処理パラメータが調節される。エッチングガス混合物の存在下でのチャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒの間で調節される。基板１２０の温度は、約１５℃〜約４０℃の間に維持される。ＣＯＳ／Ｏ_２／Ｎ_２／ＣＨ_４の処理ガスは、ガス源１６０によってシャワーヘッド１１４を介して処理チャンバ容積１５２内に供給することができる。電源１４２は、処理ガスを励起して、これによってバイアス電力電極１３８に印加されるＲＦバイアス電力の約２００Ｗ〜約１０００Ｗの印加によって基板１２０に引き寄せられたイオンを有するプラズマガスを形成する。

プラズマ処理チャンバ１００内の調整可能なリングアセンブリ１３０の構成は、基板１２０上に配置された特定の材料をエッチングするために用いられる処理パラメータに応じて選択することができる。調整可能なリングアセンブリ１３０を含む要素の構成は、基板１２０の表面全域に亘るプラズマイオンの分布を制御するように選択することができ、またポリマー制御と、マスクの開口部を通して基板上に配置された下地の層がエッチングされるマスクの開口部の開口とを支援する基板の縁部に供給される酸素の量を制御するように選択することができる。調整可能なリングアセンブリ１３０の要素間の関係及び基板全域に亘る及び基板１２０の縁部に沿ったプラズマ成分の分布をよりよく理解するために、調節可能なリングアセンブリ１３０は、図２を参照してより詳細に説明される。

図２は、図１に示した調整可能なリングアセンブリ１３０の部分断面図である。調整可能なリングアセンブリ１３０は、内側シリコンリング２１２と外側石英リング２１０を含むリング状の多部材体２００を有する。調整可能なリングアセンブリ１３０は、オプションで中間石英リング２１１を含むことができる。中間石英リング２１１は、基板支持台座１３５の外側に取り付けられ、縁部保護リング（ＥＰＲ）として作用し、これによってＥＳＣとチャンバ内のプラズマ環境との間に視線通路の存在を防ぐことによってＥＳＣ１２２でのアーク放電を防止する。

内側シリコンリング２１２は、半径方向内側部分２３０、中間部分２３１、及び半径方向外側部分２３２を有する。内側シリコンリング２１２は、内側、中間、及び外側部分２３０、２３１、２３２のそれぞれに共通の底部を画定する底面２４７を有する。内側シリコンリング２１２の内側部分２３０は、調整可能なリングアセンブリ１３０の中央（例えば、中心線）に向く。

内側部分２３０は、図１に示されるように、基板１２０の下にあるような寸法の上面２４１を有する。内側部分２３０の上面２４１は、内面２３９と中間面２４２の間に境界づけされる。内面２３９は、内側シリコンリング２１２の最も内側の直径を画定し、一実施形態では、円筒状の形状を有する。上面２４１は、内面２３９の上部から中間面２４２の底部まで延びる。中間面２４２は、上面２４１から中間部分２３１の上面２４３まで上方に延びる。上面２４１及び中間面２４２は、基板が上に載る内側シリコンリング２１２のノッチを形成する。

中間面２４２は、上面２４３と上面２４１との間の鉛直方向の差を示す高さ２２８を有する。高さ２２８は、約０ｍｍ〜約５ｍｍ（例えば、約１ｍｍ〜約１．５ｍｍ）とすることができる。一実施形態では、調整可能なリングアセンブリ１３０の中間面２４２は、約１．１ｍｍの高さ２２８を有する。

内側部分２３０の上面２４１は、内面２３９から中間面２４２まで調整可能なリングアセンブリ１３０の半径に沿って測定された寸法２２３を有する。上面２４１の寸法２２３は、プロセス要件に応じて、約２ｍｍ〜約１５ｍｍ（例えば、約４ｍｍ〜約１０ｍｍ）の範囲とすることができる。一実施形態では、調整可能なリングアセンブリ１３０の上面２４１は、約６ｍｍの寸法２２３を有する。

内側シリコンリング２１２の中間部分２３１は、内側部分２３０に直接隣接して、内側部分２３０の半径方向外側に配置される。中間部分２３１は、内側部分２３０の上面２４１の上方に延びる中間面２４２、上面２４３、及び傾斜面２４４を含む。傾斜面２４４は、上面２４３と外側部分２３２とを接続する。傾斜面２４４は、スパッタリングによるリングアセンブリ１３０の浸食を最小限にするために約４５度の角度で配向させることができる。

中間部分２３１の上面２４３は、実質的に水平であり、中間面２４２と傾斜面２４４との間に位置している。上面２４３は、上面２４１に平行とすることができる。上面２４３は、基板１２０の縁部のすぐ外側となるような寸法とされており、これによって基板１２０の表面の延長として機能するシリコン表面を提供し、これによって処理中に基板１２０の縁部と中心の間のより均一なプラズマ条件を促進する。

中間部分２３１は、上面２４３を越えて延びる水平方向の長さを有し、傾斜面２４４の投影を含む。中間部分２３１に対する水平投影は、約３０ｍｍ未満（例えば、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの間）とすることができる寸法２２６を有する。一実施形態では、中間部分２３１の水平方向の寸法２２６は、約２０ｍｍである。

内側シリコンリング２１２の外側部分２３２は、内側シリコンリング２１２の中間部分２３１に直接隣接して半径方向外側にあり、内側部分２３０の反対側にある。外側部分２３２は、上面２４５及び遠い面２４６を含む。上面２４５は、上面２４３と平行とすることができ、一実施形態では、上面２４１と同一平面上にある。遠い面２４６は、円筒状の配向を有することができ、内側シリコンリング２１２の外径を画定する。

内側シリコンリング２１２の中間部分２３１及び外側部分２３２は、処理中に基板１２０によって覆われていない内側シリコンリング２１２の領域を形成するために結合している。この覆われていない領域は、エッチング速度に影響するシリコンの量を決定する。大き過ぎるシリコンの量は、エッチャントを捕捉し、基板の縁部でのエッチング速度は、落ち、中心から縁部までのエッチング速度の悪い均一性につながる可能性がある。逆に、シリコンの量を低減することは、エッチング速度を増加させることができる。覆われていないシリコン領域は、寸法２２４を有する。覆われていない領域の寸法２２４は、約２０ｍｍ〜約４０ｍｍ（例えば、約２５ｍｍ〜約３５ｍｍの間）の範囲とすることができる。一実施形態では、寸法２２４は、約３３ｍｍである。

外側石英リング２１０は、部分的に外側部分２３２の上に延びる。外側石英リング２１０が外側部分２３２上に延びる量は、寸法２２４で画定される、覆われていない領域内で露出されるシリコンの量を制御するように選択することができる。こうして、外側石英リング２１０の内径は、内側シリコンリング２１２の構成を変更する必要なしに、中心から縁部までのエッチング速度の均一性を制御するように選択することができる。例えば、必要に応じて、１つの外側石英リング２１０は、異なる内径を有する別の外側石英リング２１０と交換し、これによって内側シリコンリング２３２の露出されるシリコンの量を変え、中心から縁部までのエッチング速度の均一性を制御することができる。

また、外側石英リング２１０を含む石英材料は、処理中に基板の縁部で酸素源を提供する。外側石英リング２１０によって提供される酸素は、エッチングパラメータ（例えば、エッチング中のポリマー堆積、及びエッチングマスク（例えば、フォトレジスト又は炭素系ハードマスク）を貫通して形成される開口部の大きさ）を制御するために使用することができる。例えば、基板の縁部付近で利用可能なより多くの酸素を有することは、基板の中央部近傍に対して優先的にエッチングマスクを貫通して形成される開口部の大きさを増加させる（又は閉鎖速度を低減する）。このように、外側石英リング２１０の内径は、エッチングプロセスの縁部から中心までのエッチング結果を調整するために利用することができる。

図２を参照し続けると、外側石英リング２１０は、オーバーラップ部分２３３及び外側部分２３４を有する。外側石英リング２１０の上面２５２は、上面と、オーバーラップ部分及び外側部分２３３、２３４を画定する。外側石英リング２１０の上面２５２は、約３０ｍｍ〜約５０ｍｍの間の範囲（例えば、約４０ｍｍ）とすることができる寸法２２７を有する。

オーバーラップ部分２３３は、外側部分２３４の半径方向内側にある外側石英リング２１０の内側部分を画定する。オーバーラップ部分２３３は、底面２５６と内面２５１を有する。外側石英リング２１０のオーバーラップ部分２３３の底面２５６は、内側シリコンリング２１２の上面２４５と係合し接触するように構成され、これによって外側石英リング２１０は、内側シリコンリング２１２の上面２４５の一部にオーバーラップして覆う。内側シリコンリング２１２と外側石英リング２１０との間のオーバーラップの寸法２２５は、調整可能なリングアセンブリ１３０の半径に沿って測定され、外側石英リング２１０の内面２５１から内側シリコンリング２１２の遠い面２４６まで延びる。オーバーラップ寸法２２５は、約３０ｍｍ未満（例えば、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍ）とすることができる。一実施形態では、オーバーラップ寸法２２５は、約２０ｍｍである。一実施形態では、オーバーラップ領域の寸法２２５は、内側シリコンリングに沿って中間面２４２のノッチから約３０ｍｍまで延びる。

オーバーラップの寸法２２５の選択は、外側石英リング２１０の上面２５２に対する寸法２２７を変えることができる。内側シリコンリング２１２に対する中央部２３１の寸法２２６が最小化され、０ｍｍに近づくにつれて、寸法２２７によって主に画定される、プラズマに曝露される調整可能なリングアセンブリ１３０の部分は、石英によって本質的にオーバーラップされる。このように、外側石英リング２１０の近傍は、基板の位置に対して調整可能であり、こうして内側シリコンリング２１２によって露出されたシリコン材料の量を最小化することによって、基板１２０の縁部でエッチング速度の増加を促進しながら、基板１２０の縁部のより近くに、より多くの酸素生成材料をもたらす。全体の長さ寸法２２２は、基板の外側に露出した調整可能なリングアセンブリ１３０の部分を反映し、換言すると、（アセンブリ１３０の全体の断面幅）−（上面２４１の幅）となる。全体の長さ寸法２２２は、約４０ｍｍ〜約６０ｍｍの範囲とすることができるが、長さ寸法は、この範囲に限定されない。一実施形態では、全体の長さ寸法２２２は、約６０ｍｍである。

オーバーラップ部分２３３は、中間面２４２の長さよりも一般的に大きい内面２５１の長さに相当する高さを有する。オーバーラップ部分２３３の高さは、一般的に、処理中に消費される外側石英リング２１０の十分な寿命を可能にするように選択される。

外側石英リング２１０のオーバーラップ部分２３３上に画定された上面２５２の一部は、内側シリコンリング２１２の上面２４５の鉛直方向上方にある。上面２５２のオーバーラップ部分は、内面２５１の長さ寸法２５３によって画定される。内面２５１の長さ寸法２５３は、約１ｍｍ〜約５ｍｍの間（例えば、約２ｍｍ〜約３．５ｍｍの間）の範囲とすることができる。一実施形態では、内面２５１は、約２．５ｍｍの長さ寸法２５３を有する。

外側石英リング２１０の外側部分２３４は、遠い側２５３、底部２５４、及びと近い側２５５を有する。遠い側２５３は、調整可能なリングアセンブリ１３０の最外径を画定する。近い側２５５は、中間石英リング２１１に当接する。底部２５４は、オーバーラップ部分２３３の底面２５６に平行であり、下方を延び、これによって外側石英リング２１０が基板支持台座１３５上に位置的に配置されることを可能にする。外側石英リング２１０と内側シリコンリング２１２の間の関係、並びにこの関係に起因するエッチングへの影響が、図３に対して議論される。

図３は、カソード電極１３８の上方で調整可能なリングアセンブリ１３０の外側石英リング２１０と内側シリコンリング２１２との間のオーバーラップを示す。調整可能なリングアセンブリ１３０の外側石英リング２１０と内側シリコンリング２１２の相対位置は、処理チャンバ１００内でプラズマに曝露される外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０及び非オーバーラップ部分３２０、及びこれもまた処理チャンバ１００内でプラズマに曝露される内側シリコンリング２１２の露出部分３８０を画定する。内側シリコンリング２１２の他の部分は、外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０又は基板１２０のいずれかによって覆われている（すなわち、プラズマから遮蔽されている）。外側石英リング２１０のオーバーラップ部分２３３は、調整可能なリングアセンブリ１３０の半径に沿って測定される長さ３４０を有する。ギャップ３５０が、外側石英リング２１０と内側シリコンリング２１２との間に示されている。ギャップ３５０は、図２に示されるように、中間石英リング２１１がリング２１０、２１２と相互係合するのを可能にする。

図３に示されるように、カソード電極１３８は、内側シリコンリング２１２の下を、仮想線３００によって図示されるように、内側シリコンリング２１２の遠い面２４６及び外側石英リング２１０の内面２１５の半径方向外側にある外径縁部３０２まで延びる。内側シリコンリング２１２のカソード電極１３８の延長部は、基板１２０の縁部でのプラズマの均一性を向上させる。内側シリコンリング２１２は、基板の縁部をその実際の位置の外側に（プラズマに）見せるシリコン表面を提供することができる。

外側石英リング２１０の下のカソード電極１３８の延長部は、外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０を非オーバーラップ部分３２０に対して優先的にエッチングし、これによって基板１２０の縁部に近接して外側石英リング２１０を含む石英材料から酸素を放出させる。放出された酸素は、ポリマーパッシベーションの量と、マスクの開口部を通して基板上に配置された下にある層をエッチングするマスクの開口部の開口の大きさとを制御可能にする。例えば、より大きなオーバーラップ部分３３０を有することは、放出される酸素量を増加させ、従って、マスクの開口部を通して基板上に配置された下にある層をエッチングするマスクの開口部の開口を拡大する又はきれいに維持する。逆に、より小さなオーバーラップ部分３３０を有することは、放出される酸素量を減少させ、従って、エッチングしながら、マスクの開口部の開口を狭くすることを可能にする。こうして、オーバーラップ部３３０のサイズ（すなわち、図２に示される長さ寸法２２５）を制御することによって、エッチングプロセスを調整することができる。

内側シリコンリング２１２の上のプラズマイオン３６０、外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０の近くのプラズマイオン３６１、及び外側石英リング２１０の非オーバーラップ部分３２０近くのプラズマイオン３６２が図３に図示される。プラズマイオン３６０に対する反応速度は、外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０の大きさを変えることによって調整することができる。プラズマイオンの数が増加するにつれて、反応速度は増加する。図示のように、基板に最も近い反応速度は、プラズマイオン３６０を示す矢印の数によって示されるが、基板からより遠くの反応速度よりも高い。プラズマイオン３６０の増加は、基板の縁部付近の反応速度の増加に対応する。図示の例では、プラズマイオン３６０は、内側シリコンリング２１２の露出部分３８０に衝突し、プラズマイオン３６１は、オーバーラップ部分３３０に衝突し、一方、プラズマイオン３６２は、非オーバーラップ部分３２０に衝突する。従って、プラズマイオン３６０、３６１、３６２の量は、調節可能なリングアセンブリ１３０全域に亘って不均一であり、リングアセンブリの中心からの距離が増加するにつれてイオンの濃度は減少する。

一実施形態では、基板縁部でのプラズマ反応速度は、内側シリコンリング２１２上の外側石英リング２１０に対するオーバーラップ部分３３０の大きさを減少させることによって調整することができる。これは、プラズマイオン３６０の数を減少させる効果を有する。

別の一実施形態では、基板上のプラズマ反応速度は、不均一である。基板縁部で反応するプラズマイオンの数は、基板の中央と同じ速度で基板をエッチングするには十分ではない。外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０は、内側シリコンリング２１２をより多く覆うように増加させることができる。長さ３４０は、それに応じてオーバーラップ寸法２２５を増加させるために増加され、プラズマイオン３６０の数は、こうして同様に増加する。あるいはまた、エッチング速度は、特定の方法で不均一に調整することができ、これによって１つの領域内で高アスペクト比の構造を有する基板は、より迅速にエッチングすることができる。その一例は、３Ｄパッケージングで見つけることができる工程である。

以上のように、基板縁部での反応速度は、外側石英リング２１０のオーバーラップ部分３３０の寸法２２５を調整することによって調整することができる。基板縁部に沿った反応速度が低すぎる一実施形態では、オーバーラップ部分３３０は、リング２１０、２１２のいずれかを変えることによって増加させることができる。

チャンバコンポーネントのプラズマイオンへの曝露は、大幅に寿命やメンテナンスのインタビューに影響するため、リングアセンブリ１３０に衝突するイオンの量を制御する能力は、寿命を有利に延ばす。リングアセンブリ１３０は、ＥＳＣを保護するだけでなく、基板の表面全域に亘るプラズマイオンの均一性を制御することを支援することによってプラズマプロセスを強化する。

様々な実施形態間での相違点をより良く図示するために、図４は、様々なアセンブリリング構成に対するエッチング速度を示すグラフ４００を提供する。グラフ４００は、３つの実施形態を示す。第１実施形態では、オーバーラップ部分を有さない（すなわち、長さ２５５が、ほぼゼロである）リングアセンブリ１３０が、トレース４６０によって示されている。第２実施形態では、外側部分２３２の約５０パーセントが外側石英リング２１０とオーバーラップされたリングアセンブリ１３０が、トレース４５０によって示されている。第３実施形態では、外側部分２３２の約１００パーセントが外側石英リング２１０とオーバーラップされたリングアセンブリ１３０が、トレース４４０によって示されている。トレース４４０、４５０、４６０は、基板１２０の中央部を示す参照番号４０５と縁部を示す参照番号４０６と共に、オングストローム／分でエッチング速度を示す軸４１５と、基板１２０上の半径方向位置を示す軸４１０によって、グラフ化されている。

トレース４６０によって示される第１実施形態では、リングアセンブリの露出部分は、基板縁部近くにおいて主にシリコンで構成され、基板縁部でのエッチング速度は、シリコンによって最も影響を受ける。外側半径４１０のトレース４６０に見られるように、エッチング速度は、縁部４０６の近くで下落する。

トレース４５０によって示される第２実施形態では、リングアセンブリは、基板の縁部に最も近いシリコン部分を有して、石英及びシリコンで構成される。エッチング速度は、ここで基板の縁部に近接したプラズマに曝露される石英の量によって部分的に影響される。トレース４５０に対して外側半径４１０で見られるように、縁部４０６でのエッチング速度は、基板１２０の中央部４０５のエッチング速度とほぼ同じである。

トレース４５０によって示される第３実施形態では、リングアセンブリは、基板縁部に望ましい石英で構成される。エッチング速度は、基板の縁部に近接するプラズマに曝露される石英の量によって著しく影響される。トレース４４０に対して外側半径４１０で見られるように、縁部４０６でのエッチング速度は、基板１２０の中央部４０５のエッチング速度に実質的に相対して増加する。

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 (1)

1. 露出した上面と、底面とを有する外側セラミックスリングと、
   外側セラミックスリングと係合するように構成され、これによってオーバーラップ領域を画定する内側シリコンリングであって、内側シリコンリングは、内面と、上面と、内面と上面との間に形成されたノッチとを有し、内面は、リングアセンブリの内径を画定し、ノッチは、基板の縁部を受け入れる大きさであり、内側シリコンリングの上面の外側部分は、オーバーラップ領域内で、外側セラミックスリングの底面の内側部分の下にあり、接触するように構成される内側シリコンリングとを含むリングアセンブリ。