JP3436931B2 - プラズマを用いて基板を処理するための装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概ね集積回路の製
造におけるプラズマを利用する基板の処理に関し、詳細
には、処理中に基板をサセプタに固定するために静電チ
ャックを利用するシステムなどのプラズマ処理システム
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＥＣＶＤなどのプラズマ・エッチング
およびプラズマ・デポジションを含めた様々な集積回路
製造プロセスで、ガスプラズマが広く使用されている。
通常、低圧プロセス・ガスをチャンバ内に導入し、次い
で電気エネルギーをチャンバ内に送り、チャンバ内部に
電界を生成することによって処理チャンバ内部にプラズ
マが生成される。電界は、個々の電子ガス分子衝突を通
して分子に運動エネルギーを伝達することによって個々
のガス分子をイオン化する電子流をチャンバ内部に生成
する。電子は、電界内部で加速されて、ガス分子の効率
の良いイオン化をもたらす。イオン化ガス粒子および自
由電子は、総称してガスプラズマと呼ばれるものを形成
する。

【０００３】ガスプラズマは、様々な異なるプロセスで
有用である。一般的に使用されているプラズマ・プロセ
スの１つは、材料の層を基板の表面から除去する、すな
わち「エッチング」するプラズマ・エッチ・プロセスで
ある。エッチ・プロセスでは、プラズマのイオン化ガス
粒子が通常、正に帯電され、基板は負にバイアスされ、
そのため正にイオン化されたプラズマ粒子が基板表面に
引き付けられて表面に衝突し、それにより基板表面をエ
ッチングする。例えば、別の層を堆積する前に基板上の
望ましくない材料層またはコーティングを除去するため
に基板をエッチングすることができる。そのような事前
堆積エッチ・プロセスはしばしば基板のエッチ洗浄と呼
ばれる。

【０００４】他の一般的なプラズマ・プロセスには堆積
があり、材料層が基板に堆積される。例えば化学蒸着す
なわちＣＶＤは通常、処理チャンバ内への材料ガスの導
入を含み、ガスは、露出した基板表面と化学的に相互作
用し、そこに材料層またはコーティングを形成する。ガ
スプラズマを利用して、化学相互作用を高めることがで
きる。したがって、プラズマを利用するそのようなＣＶ
Ｄ堆積プロセスは、プラズマ・エンハンストＣＶＤまた
はＰＥＣＶＤと呼ばれる。プラズマを利用してプロセス
にエネルギーを提供し、堆積品質および／または堆積レ
ートを高める。当業者に一般的に理解されるように、他
のプラズマ堆積プロセスも存在する。

【０００５】半導体基板のプラズマ処理中、基板の表面
に加速電圧を印加することがしばしば有用である。加速
電圧または基板バイアスを利用して、プラズマ内部のイ
オンまたは他の荷電粒子を基板表面に向けて加速する。
エッチ・プロセスでは、上述したように荷電プラズマ粒
子が基板表面に引き付けられて、実際に表面に衝突し、
エッチを提供する。ＰＥＣＶＤなどの堆積プロセスで
は、そのような荷電粒子衝突によって提供されるエネル
ギーを利用して、上述したように、さらに堆積レートを
高める、または堆積品質を高めることができる。一般
に、プラズマ・エンハンスト・エッチおよび堆積プロセ
スでの基板のバイアスは、サセプタまたは他の基板支持
体から基板を介して、エッチングされるべき、または堆
積された材料層を受け取るべき露出基板表面にＲＦ場を
容量結合することによって達成される。サセプタはＲＦ
パワー源を用いてバイアスされ、サセプタからの容量結
合ＲＦ場が、基板表面にわたって比較的均一なＤＣバイ
アス電位を生じる。このときＤＣバイアスは、エッチま
たは堆積プロセスを高めるようにプラズマに影響を及ぼ
す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理システム
内部で、プラズマは通常、関連する特定の不均一性を有
する。例えば、プラズマ密度はしばしばプラズマの中心
および処理チャンバの中心で最大である。これは、処理
チャンバの側面付近でエッジ効果が生じるためである。
プラズマの不均一性は、プラズマが利用されるエッチン
グおよび堆積プロセスにおける不均一性およびずれに変
換される。例えば、望ましくないエッチ・レートのばら
つきが生じる場合があり、その際、基板の中心付近のエ
ッチ・レートは基板の外縁部付近でのエッチ・レートよ
りも大きい。さらに、プラズマ・エンハンスト堆積プロ
セスで、基板の中心付近で、基板の縁部とは異なる影響
が堆積に及ぼされる場合があり、それによりウェハの半
径方向にわたって不均一な堆積層および不均一な堆積レ
ートを生じる。したがって本発明の目的は、プラズマ処
理システム内部でのプラズマ不均一性に対処することで
ある。さらに、一目的は、バイアスされた基板を用いて
それを行うことである。

【０００７】集積回路製造中、処理される基板は、一般
にサセプタと呼ばれる基板支持体によって処理チャンバ
内部に支持される。しばしば、処理中に基板がサセプタ
上に物理的に固定され、それにより基板とサセプタの間
での熱伝達を改善する。基板を固定する方法には、静電
チャック（ＥＳＣ）の使用があり、静電チャックは、基
板をサセプタに静電的に引き付けて固定する。静電チャ
ックは、本明細書に参照により組み込む米国特許第５１
１７１２１号に図示される１つの適切な設計によって当
技術分野で知られている。

【０００８】通常、静電チャックは、サセプタ内に埋め
込まれた１つまたは複数の電極を利用する。また、基板
を電極として使用することができる。サセプタは通常、
誘電体材料からなり、電極での印加電圧により誘電体材
料内部に電圧勾配が生じる。この電圧勾配は、サセプタ
の誘電体材料に当接する基板の表面上での電荷に影響を
及ぼし、それにより基板とサセプタ電極との間に電荷差
が生じる。それにより、異なる電荷を有するサセプタ電
極の表面と基板との間での電気引力により、基板が静電
チャックにクランプされる。

【０００９】より具体的には、単極静電チャックを用い
ると、電圧バイアスがサセプタ内の単一電極に印加さ
れ、基板自体が第２の電極として働く。このようにし
て、電極と基板を離隔する誘電体サセプタ材料を組み合
わせると平行板コンデンサが形成され、２つの電極間の
電気引力が基板をサセプタに効果的にクランプする。

【００１０】別法として、一般に既存の処理システムで
利用される双極静電チャックでは、サセプタ内部に埋め
込まれ、互いに離隔された２つ以上の電極にわたって電
圧差が加えられる。複数の電極がサセプタの誘電体材料
によって離隔されており、それにより電界が電極間のサ
セプタにわたって生じる。基板がサセプタに配置されて
いるとき、電界によって電荷が基板の背面に蓄積する。
基板の背面の電荷と電極上の電荷が互いに引き付け合っ
て、基板をサセプタにクランプする。静電チャックはし
ばしばプラズマ処理システム内部で利用される。したが
って、さらなる目的は、静電チャックを利用して処理シ
ステム内部のプラズマ不均一性に対処することである。

【００１１】さらに、上述したように、基板はサセプタ
に静電的にクランプすると共に、電気的にバイアスする
ことができる。したがって、本発明の別の目的は、プラ
ズマ処理に望ましい基板のバイアスに悪影響を及ぼさず
に上述の目的に対処することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
処理システムは、プラズマを含むための処理チャンバを
備える。基板支持体が、プラズマに近接して基板を支持
するためにチャンバ内部に取り付けられる。第１および
第２の電極などの複数の電極が基板支持体に結合され
る。電極はそれぞれ、支持表面に近接して位置決めさ
れ、互いから電気的に絶縁される。ＲＦパワー源は、各
電極に結合されて、ＲＦ電気エネルギーを用いて電極を
バイアスする。バイアスされた電極は基板支持体と共に
動作可能であり、基板支持体は通常、誘電体材料から形
成されて、基板支持体の支持表面に位置決めされた基板
にＤＣバイアスを生じる。一般に、電極は、基板支持体
の誘電体材料内部に埋め込まれ、基板上のＤＣバイアス
は、公知のバイアス原理に従って生じる。

【００１３】本発明によれば、電気容量性構造体を電極
と共に使用して、電極によって生じるバイアスを選択的
に変え、プラズマ・プロセスを向上させる。一実施形態
では、第１の電気容量性構造体が、ＲＦパワー源と、複
数の電極の少なくとも１つとの間に電気的に結合され
る。第１の電気容量性構造体は可変容量を有し、その電
極によって基板に生じるＤＣバイアスを、複数の電極の
うちの他の電極によって基板に生じるＤＣバイアスに関
して選択的に変えるように容量を調節することができ
る。このようにすると、基板の一部分に対するプラズマ
の効果を、基板の別の部分に対するプラズマの効果に関
して選択的に変えて、所望の結果を達成することができ
る。電極の位置決めおよび電極の選択的バイアスを、い
くつかの方法でプラズマに影響を及ぼすように選択する
ことができ、それにより基板の選択領域付近でのエッチ
または堆積レートを変える。

【００１４】本発明の一実施形態によれば、電気容量性
構造体が空気コンデンサや真空コンデンサなどの可変コ
ンデンサであり、可変コンデンサの容量は、本発明の原
理に従って選択的に増大または減少することができる。
本発明の別の実施形態では、第２の可変コンデンサなど
の第２の電気容量性構造体が別の電極に結合され、それ
により電極の少なくとも２つによって生じるＤＣバイア
スを、互いに関して選択的に変えることができ、それに
より基板の離隔部分に対するプラズマの効果をさらに変
える。

【００１５】ＲＦパワー源に対する一定の電力負荷を維
持するために、第１のコンデンサと第２のコンデンサを
一体に動作可能に結合することができ、それによりそれ
らの容量を同期して変えることができる。このようにす
ると、個別電極に生じるＤＣバイアスを、電極に結合さ
れたＲＦパワー源に対するほぼ一定の電力負荷を依然と
して維持しながら、例えば１つのコンデンサの容量を増
大し、他方のコンデンサの容量を減少することによって
選択的に変えることができる。複数のコンデンサを利用
する本発明の一実施形態では、コンデンサは、電気的に
並列な向きでＲＦパワー源に結合される。

【００１６】本発明の別の態様によれば、複数の電極
が、基板の選択された部分に対するバイアスを選択的に
変えるのに必要なサセプタ内の任意数の特定形状および
特定位置を取ることができる。例えば、本発明の一実施
形態では、複数の電極が２つの電極を備え、一方の電極
がディスクの形であって、基板の中心に近接して位置決
めされ、もう一方の電極はリングの形であって、基板の
環状部分に近接してディスクの周りに同心状に位置決め
される。このようにすると、基板の中心部分を、基板の
周縁部など基板の環状部分と違えてバイアスすることが
できる。別の実施形態では、電極が、２つの半分から成
る円形ディスク形状電極などの複数の部分から成るディ
スクの形を取ることができる。

【００１７】本発明の別の態様によれば、電極および可
変コンデンサを、静電クランピング・デバイスと共に処
理システム内に組み込むことができる。このために、電
極をＤＣパワー源に結合することもでき、ＤＣパワー源
は、複数の電極の少なくとも２つの電極間で異なるＤＣ
電位を生成するように動作可能であり、基板を基板支持
体の支持表面に静電的にクランプする。このために、電
極を使用して基板を静電的にクランプし、かつ本発明の
原理に従って基板付近のプラズマに選択的に影響を及ぼ
す。一般に、静電クランプ力の物理的性質により、プラ
ズマに影響を及ぼすようにＲＦ生成ＤＣバイアスによっ
てバイアスされた基板の表面は、ＤＣパワー源によって
生成された静電クランピング力によって影響を受けな
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の原理によるプラ
ズマ処理システムの一実施形態を例示する。プラズマ処
理システムは通常、ステンレス鋼などの適切な材料から
なるベース・セクション１４と、石英などの適切な材料
からなる誘電体セクション１６とを含む処理チャンバ１
２を備える。プラズマ発生アセンブリ１８が処理チャン
バ１２の誘電体セクション１６に結合され、ＲＦエネル
ギーをプロセス空間２６内に導入して、プラズマを形成
し維持する。基板支持アセンブリすなわちサセプタ２０
が処理チャンバ１２内部に位置決めされ、プラズマ処理
を行う半導体ウェハすなわち基板２２をチャンバ内部に
支持するように構成されている。処理チャンバ１２、具
体的には誘電体セクション１６が、プラズマ２８を含む
ためのプロセス空間２６を内部に画定する。基板２２
は、図１の実施形態では、プロセス空間２６およびプラ
ズマ２８の下方に位置決めされている。

【００１９】本発明の一実施形態では、処理システム
は、絶縁プラズマ・プロセスに利用される独立プラズマ
処理システムであってよい。別の実施形態では、処理シ
ステムは、複数の他の処理システムと、それらの様々な
システム間で基板を移動する、中心に位置された基板移
送モジュール（図示せず）とを有する複数プロセス・シ
ステム内に組み込まれるように構成することができる。
そのような複数チャンバ、複数処理システムは当技術分
野で公知である。

【００２０】プラズマ処理では、プロセス空間２６を真
空状態にしなければならない。したがって処理チャンバ
１２は、当技術分野で知られているように、プロセス空
間２６内部に所望の真空圧を提供するための適切な真空
ポンプおよびバルブを含む適当な真空システム３０に結
合される。処理チャンバ１２は、当技術分野で知られて
いるように、空間２６内に真空を導入するのに必要な開
口を適宜設けられている。

【００２１】プラズマ発生アセンブリ１８が図１に示さ
れ、処理チャンバ１２の誘電体セクション１６に電気的
に結合されている。プラズマ発生アセンブリ１８は、し
ばしば当技術分野で「鐘形」エンクロージャと呼ばれる
誘電体セクション１６内にＲＦ電気エネルギーを結合
し、それにより基板支持アセンブリ２０の上方にあるプ
ロセス空間２６内にプラズマ２８を形成する（図１参
照）。誘電体セクションまたはエンクロージャ１６は、
ベース１４の開頂部３４を取り囲むベース１４のフラン
ジ３２に取り付けられる。通常、適切なＯリング・シー
ルおよびその他のシール（図示せず）がベース１４と誘
電体セクション１６との間に位置決めされて、適切な真
空封止を行う。

【００２２】空間２６内部にプラズマを形成する際、プ
ロセス・ガスが空間２６内に導入され、電気エネルギー
が空間内に電気的に結合され、ガス粒子をイオン化して
プラズマを形成する。このために、処理チャンバは、プ
ラズマ２８を形成するのに適したプロセス・ガスを導入
する適当なプロセスガス供給源３６に結合される。任意
の適当なガス分散要素（図示せず）をガス供給源３６に
結合して、アルゴンなどのプロセス・ガスを空間２６内
に均一に導入し、均一な高密度プラズマを形成すること
ができる。

【００２３】空間２６内部でプラズマを点火して維持す
るために、プラズマ発生アセンブリは、図１に例示され
るように誘電体セクション１６の周りに巻かれた螺旋コ
イル３８の形で誘導要素を含む。コイル３８は本質的
に、螺旋コイルの形状に形成された細長い導体であり、
セクション１６の周りに嵌合し、エンクロージャの外壁
面１７を上るように寸法付けされている。コイル３８は
プラズマ・パワー源４０に結合され、パワー源４０は従
来、ＲＦパワー源と、ＲＦ電力をコイル３８に効率良く
誘導結合させるのに適当なＲＦ整合回路とを含む。パワ
ー源４０からのＲＦ電気エネルギーは、好ましくは、プ
ロセス空間２６内に（容量結合ではなく）誘導結合さ
れ、プロセス・ガスを励起してプラズマ２８を形成す
る。誘導結合プラズマおよびその形成は当技術分野で知
られており、エネルギーをプロセス空間２６内に誘導結
合するために様々な異なる構成を利用することができ
る。したがって図１は、広範な概念のうち、プラズマを
処理チャンバ１２内に誘導結合するための可能な実施形
態を１つだけ開示する。例えば、コイルをセクション１
６の頂端部に位置決めして、チャンバ１２の上方からプ
ラズマ内にエネルギーを結合することができる。

【００２４】さらに、本発明で使用するのに適したプラ
ズマ処理システムがいくつかの異なる形態の任意の１つ
をとり、異なる構成の処理チャンバを含むことができる
ことを当業者は容易に理解されよう。例えば、別の誘導
結合プラズマ処理システムは、（螺旋コイルと対照的
に）フラット・コイルを利用することができ、フラット
・コイルは処理チャンバの頂部に位置決めされ、チャン
バの頂部にある誘電体窓を介してエネルギーが結合され
る。さらに、プラズマを誘導的にではなく、容量的に形
成することもできる。そのような容量結合システムで
は、電気的にバイアスされたガス分散シャワーヘッドな
どプロセス空間２６内の電極要素（図示せず）が、バイ
アスされた基板支持アセンブリ２０および基板２２など
の別の電極と合わせて利用される。電極間の電界は、プ
ラズマを基板に近接して維持する。したがって、本発明
は、誘導結合プラズマまたは容量結合プラズマを使用す
る様々な異なるプラズマ処理システム、あるいはその他
の方法で半導体基板２２を処理するためのプラズマを形
成するシステムを組み込むことができる。

【００２５】本発明では、複数の電極を使用してプラズ
マを成形し、関連する処理結果を改善する。再び図１を
参照すると、図中に例示された本発明の実施形態は、基
板支持体２０に結合された第１の電極４４と、第１の電
極４４に近接してこれも基板支持体に結合された第２の
電極４６とを含む複数の電極を備える。第２の電極４６
は通常、第１の電極４４から離隔され、電気的に絶縁さ
れている。本発明は、基板にＤＣバイアスを生成し、そ
のＤＣバイアスを選択的に変えるために複数の電極を使
用することを予想する。したがって、開示する本発明
は、少なくとも２つの電極、しかし可能であればそれよ
りも多い電極を利用するシステムをカバーし、特許請求
の範囲は、そのような複数電極処理システムをカバーす
る。本明細書でより簡単に参照できるようにするため、
本発明の説明では、図面に例示された電極を第１の電極
４４および第２の電極４６と呼ぶが、前述したように、
本発明の他の実施形態では第３、第４、および他の電極
を利用することもできる。さらに、第１および第２の電
極を逆に指定することもできる。例えば、図１〜図３、
および図５Ａ、図５Ｂに例示された実施形態では、複数
の電極が、第１の電極と呼ばれる外側リング電極４４
と、第２の電極と呼ばれる内側ディスク形状電極４６と
を含む。しかし、そのような指定を逆にすることもで
き、その場合、電極４４が第２の電極と呼ばれ、電極４
６が第１の電極と呼ばれる。

【００２６】本発明の別の態様によれば、各電極でのＤ
Ｃバイアスが、他の電極に関して選択的に変えられる。
このために、１つの電極のバイアスを、他の電極での一
定のバイアスに関して選択的に変えることができ、逆も
同様である。別法として、両方（または多くの）電極の
バイアスを本発明の原理に従って互いに関して選択的に
変えることができる。したがって、本発明を例示するた
めに図面において第１および第２の電極として電極を指
定することは、本発明を限定するものとは全く解釈され
ない。

【００２７】本発明の一実施形態では、第１および第２
の電極４４、４６が、基板支持体すなわちサセプタ２０
内部に埋め込まれている。基板支持体２０は、窒化アル
ミニウムなど誘電体材料からなることが好ましい。電極
は、モリブデンなど適切な導電材料からなっていてよ
い。適切な電極４４、４６は、日本のＮ．Ｇ．Ｋから１
２０ミクロン厚モリブデン電極として市販されている。
例えば、適切な電極は、インターレースされた複数の１
２０ミクロン・モリブデン・ワイヤを有するモリブデン
・メッシュ材料から作成することができる。メッシュに
より、窒化アルミニウム・サセプタが強い物理相互作用
をもって電極の周りに形成される。他の適切な電極材料
および設計も、本発明の原理に従って利用することがで
きる。

【００２８】本明細書で以下に述べるように、電極４４
および４６は、ＲＦ電力を電極に送るための適当なＲＦ
パワー源を含むＲＦパワー源に結合されている（図２参
照）。本発明の一実施形態では、電極４４、４６は、基
板２２を基板支持体２０に静電的にクランプするために
も利用される。このために、電極４４、４６はクランピ
ングＤＣパワー源５０に結合され、パワー源５０は、電
極にＤＣバイアスを誘導して適切な電界を形成し、周知
の静電クランプ原理に従って基板２２をクランプする
（図３参照）。バイアスされた電極４４、４６と組み合
わせたＲＦパワー源４８が、基板２２上、具体的にはプ
ラズマ２８に面する基板の上面２３にＲＦ生成ＤＣバイ
アスを形成する。基板表面２３でのバイアスが、プラズ
マ２８内部にあるイオンおよび他の荷電粒子を表面２３
に向けて加速する。そのような基板バイアスは、プラズ
マ・エッチ・プロセスでのエッチングを強化し、または
そのような基板バイアスを使用して、プラズマ・エンハ
ンスト化学蒸着プロセスなどでの堆積を強化する。エッ
チングおよび堆積プロセスを強化するような形で基板を
バイアスすることが知られているが、そのようなバイア
スに対する制御は通常ほとんどなく、プラズマ処理は、
プロセス空間２６内部に形成されたプラズマ２８の不規
則変動を受けている。

【００２９】ここで図２を見ると、本発明の一実施形態
が例示されており、第１および第２の電極４４、４６の
切欠斜視図が示されている。第１および第２の電極４
４、４６は、電極をバイアスするために適切なＲＦ信号
を発生することができるＲＦパワー供給源５４を含むＲ
Ｆパワー源４８に結合されている。本発明の原理によれ
ば、電気容量性構造体がＲＦパワー源４８と電極４４、
４６との間に電気的に結合され、１つまたは複数の電気
容量性構造体が、少なくとも１つの電極によって基板に
生じたＤＣバイアスを、少なくとも１つの他の電極によ
って基板に生じたＤＣバイアスに関して変えるための可
変または調節可能容量を有する。図２に例示される実施
形態では、第１の電極４４が、選択的可変容量を有する
第１の電気容量性構造体５６に結合される。すなわち、
容量性構造体５６の容量を選択的に調節することがで
き、それによりその電気容量が増大または減少される。
第２の電極４６は、第２の容量性構造体５８によってＲ
Ｆパワー源４８に結合されている。図２に例示される実
施形態では、第２の容量性構造体は、固定された、すな
わち調節可能でない容量を有する。しかし、図３に例示
し、本明細書で以下さらに論ずるように、第１および第
２の容量性構造体５６、５８が共に可変容量を有してい
てもよい。本明細書で使用すべき適切な容量性構造体
は、空気コンデンサや真空コンデンサなど従来の可変コ
ンデンサである。

【００３０】上述したように、第１および第２の電極の
指定に関して、それと同様に、本発明を例示するために
コンデンサ５６、５８を指定する。３つ以上の電極を利
用することができ、そのため、いずれも可変の３つ以上
のコンデンサ、または可変コンデンサと固定コンデンサ
との組合せを利用して様々な電極をＲＦパワー源４８に
結合することができることが企図されている。したがっ
て、本明細書における第１および第２のコンデンサとし
てのコンデンサの表示は、本発明の範囲に関していかな
る限定も加えないものと解釈すべきである。さらに、図
２ではＲＦパワー源４８と第１の電極４４との間にある
第１のコンデンサ５６は可変であるものとして図示され
ており、第２のコンデンサ５８は固定容量を有するもの
として図示されているが、この指示を逆にすることもで
き、その場合、第２のコンデンサ５８を可変にすること
ができ、第１のコンデンサ５６が固定容量を有する。さ
らに、両コンデンサを可変にすることもできる。

【００３１】本発明の別の態様によれば、本発明の方法
は、望まれる電極での選択ＤＣバイアスに従って固定コ
ンデンサを選択的に変更することにより、コンデンサ５
６および５８によって導入される実効容量を選択的に変
えることによって実施することができる。すなわち、コ
ンデンサ５６および５８の容量を固定することができ、
そのため、ＤＣバイアスを選択的に変える方法は、１つ
または複数の構成要素５６、５８を異なる容量を有する
別の構成要素で置き代えることによって実施される。す
なわち、コンデンサの選択的変更は、一方または両方の
コンデンサを、異なる容量値を有する別のコンデンサで
置き代えることによって実施される。したがって、１つ
または複数のコンデンサは、単に調節されるのではな
く、置き代えられる。当然、当業者に理解されるよう
に、電極の所望の選択バイアスを達成するためには固定
コンデンサの交換を必要とせずに可変コンデンサを利用
することがより簡単である。

【００３２】本発明の原理によれば、選択的可変コンデ
ンサを利用して、電極の１つによって基板に生じるＤＣ
バイアスを、別の電極によって基板に生じるＤＣバイア
スに関して選択的に変える。このようにすると、基板の
特定の部分でのプラズマの効果を選択的に変えることが
できる。具体的には、各電極の互いに関する電気バイア
スは、特定の電極とＲＦパワー源４８との間に結合され
たコンデンサの電気容量を変えることによって選択的に
変えられる。例えば、プラズマが受ける影響に応じて電
極の１つを他の電極よりも高いバイアス電圧でバイアス
するように容量を選択的に変えることができる。処理チ
ャンバ１２内のプラズマ２８など、閉込め空間内のプラ
ズマは通常、プラズマ密度に関して不均一性を有する。
特に、プラズマの密度は、基板の外縁部ではなく、チャ
ンバ１２の中心で、したがって基板の中心で最大になる
ことが多い。その結果、エッチ・レート、堆積レート、
および他のプラズマ影響パラメータのばらつきが、基板
にわたって半径方向で変わる場合がある。本発明を使用
して、そのようなプラズマ不均一性に対処し、かつエッ
チ・レートおよび堆積レートを含めた関連するプラズマ
・パラメータの半径方向変動に対処することができる。
本明細書に記述される本発明の一実施形態では、電極４
４、４６を互いに違えてバイアスして、プラズマおよび
基板の中心でのプラズマ密度が外縁部よりも大きいとい
う問題に対処する。当業者には容易に理解されるよう
に、特定の処理システムに関連する様々な他のプラズマ
不均一性も、コンデンサの容量を変え、それにより１つ
または複数の電極でのＲＦ生成ＤＣバイアスを選択的に
操作することによって、本発明で対処することができ
る。

【００３３】図２では、第１のコンデンサ５６が、必要
に応じて増大または減少することができる可変容量を有
する。基板の外縁部でのプラズマ密度がより低いことに
対処するために、第１の電極４４をより高いバイアス・
レベルでバイアスすべきであり、それにより、より多く
のプラズマ粒子が基板の外側環状縁部または周縁縁部に
引き付けられて、より低い粒子密度を補償する。コンデ
ンサ５６の容量の減少が、電極４４でのバイアス・レベ
ルを増大させる。

【００３４】例えば、両電極４４、４６がＲＦパワー源
４８によって同様にバイアスされ、電力レベルが３００
〜４００ワットの範囲にある場合、両電極が、接地に関
して約−１００ボルトＤＣのバイアス・レベルを受ける
場合がある。したがって電極は、約−１００ボルトＤＣ
の範囲で基板２２の表面２３の両端間にわたる概ね均一
なＤＣバイアスを課す。このとき、基板表面２３の両端
間にわたる均一なＤＣバイアスが、プラズマ２８の通常
の不均一性を受ける。様々な電極４４、４６に送達され
る電力の量は、それらの電極とＲＦパワー源４８との間
に結合された当該のコンデンサ５６、５８の容量特性に
依存する。本発明の一態様では、可変コンデンサ５６の
容量を減少することによって、より多くの電力が第１の
電極すなわち外側電極４４に送達され、それにより電極
４４が基板表面２３の外側または環状部分により高いＤ
Ｃバイアス・レベルを維持する。当然、可変コンデンサ
５６の容量を増大させることによって反対の結果が生
じ、第２の電極、すなわち中心電極４６が比較的高いバ
イアスで維持され、それにより基板表面２３の中心部分
をより高いバイアス・レベルで維持する。基板表面２３
の外側環状部分でより高いバイアス・レベルを維持する
ことは、通常プラズマ２８の外側縁部で生じる低いプラ
ズマ密度に対処するために望ましく、基板にわたる均一
なエッチまたは堆積レートを達成する。

【００３５】ある程度同様の効果を得るため、かつ外側
電極４４でのバイアス・レベルを電極４６に関して増大
させるため、第２のコンデンサ５８を可変にし、第１の
コンデンサ５６を固定することができる。このようにす
ると、第２のコンデンサ５８の容量の増大が、電極４６
に送達される電力の量を減少し、電極４６のバイアス・
レベルを減少する。これは、基板表面２３の外側環状部
分に近接するバイアス・レベルを、基板表面２３の内側
または中心部分でのバイアス・レベルに関して効果的に
増大させる。さらに、図３に例示され、本明細書で以下
に説明する実施形態と同様に両電極５６および５８を可
変にすることができ、各コンデンサ５６、５８が互いに
関してその容量を増大または減少するように調節され、
電極４４、４６での、かつ表面２３にわたる所望の相対
バイアス・レベルの調節を達成する。例えば、外側電極
すなわち第１の電極４４での相対バイアス・レベルを上
げることは、コンデンサ５６の容量を減少すること、コ
ンデンサ５８の容量を増大すること、あるいはそれら両
方の条件に同時に関係することがある。上述したよう
に、容量の選択的変化はまた、基板に対するＤＣバイア
スを選択的に変えるために固定容量値を有するコンデン
サを変更することによって達成することができる。広範
な態様では、１つのコンデンサの容量が、他の１つまた
は複数のコンデンサに関して選択的に変えられる。これ
は、可変コンデンサ、または異なる容量値を有する固定
コンデンサを使用して行うことができる。

【００３６】本発明は、図２に関して本明細書で上述し
たように、静電チャックを含む基板支持体を用いても、
それを用いなくてもプラズマ処理チャンバで利用するこ
とができる。図３は、本発明の代替実施形態を開示し、
また、第１および第２の電極４４、４６を利用して基板
支持体に静電チャック機能を課すように利用することが
できる構成要素を例示する。具体的には、クランピング
ＤＣパワー源５０が電極４４、４６に結合されて、電極
間にＤＣ電位差を提供し、それにより周知の静電クラン
ピング原理に従って支持体２０に基板を静電的にクラン
プする。クランピングＤＣパワー源は通常、クランピン
グＤＣパワー供給源６０を含み、正端子６１および負端
子６２が電極に結合される。図３に例示される実施形態
では、正端子６１が外側電極すなわち第１の電極４４に
結合され、負端子６２が内側電極すなわち第２の電極４
６に結合される。しかし、ＤＣクランピング・バイアス
を逆にすることもでき、静電チャックは同様にうまく働
く。本発明が静電チャックと共に利用されるとき、ＲＦ
フィルタ６４、６６を利用して、クランピングＤＣパワ
ー供給源６０を、パワー供給源５４からのＲＦ電力によ
る損傷から保護する。図３の実施形態に例示されるコン
デンサ７０、７２はどちらも可変であり、したがって、
上述したように、１つの電極によって基板に生じるＤＣ
バイアスを、他の電極によって基板に生じるバイアスに
関して選択的に変えるように各容量を変えることができ
る。静電クランピング機能も本発明と共に組み込まれ、
コンデンサ７０、７２は、ＲＦパワー供給源５４をパワ
ー供給源６０のＤＣ信号から隔離する。

【００３７】コンデンサ７０、７２の容量を同時に、か
つ同期して変えることが望ましい場合がある。このため
に、コンデンサは同期様式で調節されるように構成する
ことができる。

【００３８】例えば、処理中にＲＦパワー供給源５４に
対するある程度一定の電力負荷を維持することが望まし
い場合がある。したがって、可変コンデンサ７０、７２
が物理的に結合され、一体にされ、それによりそれらの
容量値を同時に、さらには同期して調節することがで
き、ある程度一定の電力負荷を提供する。具体的には、
一体にされたコンデンサは、第１のコンデンサ７２の容
量が減少され、第２のコンデンサ７０の容量が同じ量だ
け増大されるように調節することができ、それにより第
１の電極すなわち外側電極４４でのバイアス・レベルが
第２の電極すなわち内側電極４６に比べて大きくなる。
コンデンサ７０、７２は、パワー供給源５４に並列な向
きでパワー源４８に電気的に結合され、それによりそれ
らの容量は、機械的に直列に加えられて、総容量負荷を
表す。したがって、コンデンサによってパワー供給源５
４に与えられる総電力負荷は、コンデンサ７０、７２の
容量の合計の累積を反映している。このとき、１つのコ
ンデンサが増大する場合、他のコンデンサを同じ量だけ
減少させて、ほぼ一定の電力負荷を維持することができ
る。したがって、可変コンデンサ７０、７２に関する調
節機構を一体にすることによって、電極４４、４６間の
相対差分ＤＣバイアスを上述したように変えて調節し、
その一方で、ＲＦパワー源で比較的一定の電力負荷を維
持することができる。

【００３９】図５Ａおよび図５Ｂは、略ディスク形状内
側電極およびリング形状外側または環状電極を利用する
本発明の実施形態の別の利点を例示する。基板をバイア
スするための略ディスク形状電極を含めた基板支持体２
０は有限サイズであり、そのため、基板がバイアスされ
るとき、平行板コンデンサとある程度同様のエッジ効果
を受ける。図５Ａを参照すると、コンデンサ８０が、本
発明を利用しないバイアス・サセプタ内部の電界を形成
している。そこでは、電界線８２がサセプタの外側縁部
でのエッジ効果８４と共に示されている。そのようなエ
ッジ効果は、基板の縁部でプラズマ・プロセス・パラメ
ータの急速な変化を生じる。これは、基板縁部での不均
一なエッチおよび堆積レートをもたらす。図５Ｂは、図
２および図３に例示される本発明の一実施形態を利用し
て同様に形成された容量電界を例示し、電界線８２は、
中心領域内で概ね均一に維持され、エッジ効果８４は、
外側電極によって基板の縁部から半径方向外側に移動さ
れる。したがって、基板縁部に近接するプラズマ・プロ
セス・パラメータに対してエッジ効果の影響が少ない。

【００４０】本発明は、図２および図３に例示される特
定の同心状実施形態に限定されず、本発明を使用して、
様々な幾何形状に関して多数の電極間のバイアス電圧を
選択的に変えることができる。例えば、図４では、しば
しばダブルＤ形状と呼ばれる電極形状が、間にギャップ
９４を有する２つの電極９０、９２を利用する。そのよ
うな形状はしばしば静電クランプと共に利用され、した
がって本発明と共に使用するのに適している場合もあ
り、基板の片側に近接するバイアス・レベルを基板の他
面に関して変え、それによりプロセス・チャンバの片面
でのチャンバの他面に対するプラズマ不均一性に対処す
る。別の可能な電極形状は、共に噛み合う要素を利用す
ることができる。

【００４１】他の電極形状も本発明と共に使用するのに
適している場合があることを、当業者は容易に理解され
よう。さらに、３つ以上の電極を利用して、基板に対す
るバイアスをさらに調整し、プラズマ処理システムの不
均一性に対処することもできる。例えば、図１〜図３で
の構成と同様に３つまたは４つの同心状電極を利用し
て、プラズマに対する効果をさらに調整することができ
る。

【００４２】本発明をその実施形態の説明によって例示
し、実施形態をかなり詳細に記述したが、頭記の特許請
求の範囲がそのような詳細に制限される、または何らか
の形で限定されることを本出願人は意図していない。追
加の利点および修正が当業者に容易に明らかであろう。
したがって、より広範な態様での本発明は、装置および
方法を表す特定の詳細、ならびに図示して説明した例示
に限定されない。したがって、本出願人の一般的な発明
概念の精神および範囲から逸脱することなくそのような
詳細からの逸脱を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理によるプラズマ処理システムの一
実施形態の側面断面図である。

【図２】本発明の一実施形態の概略斜視図である。

【図３】本発明の別の実施形態の概略斜視図である。

【図４】本発明の原理による代替電極構成の上面図であ
る。

【図５Ａ】従来技術のサセプタに関連する電界の概略表
現の側面図である。

【図５Ｂ】本発明を利用した際の電界の概略表現の側面
図である。

【符号の説明】

１２ 処理チャンバ １４ ベース・セクション １６ 誘電体セクション １８ プラズマ発生アセンブリ ２０ サセプタ、基板支持体 ２２ 基板 ２６ プロセス空間 ２８ プラズマ ３０ 真空システム ３６ ガス供給源 ３８ 螺旋コイル ４０ プラズマ・パワー源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ディ、ジョーンズ アメリカ合衆国 アリゾナ、フェニック ス、 ウエスト パーム レーン 934 (72)発明者 クレイグ ティ、ボールドウィン アメリカ合衆国 アリゾナ、チャンドラ ー、 エヌ、フェデラル ストリート 375、ナンバー334 (56)参考文献 特開 平８−316212（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−329790（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−115799（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−237148（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／002589（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/505 H01L 21/31 H05H 1/46

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを用いて基板を処理するための
   処理システムであって、 プラズマを含むように構成された処理チャンバと、 プラズマに近接して基板を支持するための支持表面を有
   するチャンバ内部の基板支持体と、 基板支持体に結合された複数の電極であって、それぞれ
   支持表面に近接して位置決めされ、互いに電気的に絶縁
   された複数の電極と、 電極を電気的にバイアスするために各電極に結合された
   ＲＦパワー源であって、バイアスされた電極が支持表面
   上に位置決めされた基板にＤＣバイアスを生じるように
   動作可能なＲＦパワー源と、 前記ＲＦパワー源と前記複数の電極の少なくとも１つと
   の間に電気的に結合された第１の電気容量性構造体とを
   備え、 前記第１の電気容量性構造体が、少なくとも１つの電極
   によって基板に生じるＤＣバイアスを、複数の電極の他
   の電極の少なくとも１つによって基板に生じるＤＣバイ
   アスに関して選択的に変えるための可変容量を有してお
   り、それにより選択的に変えられたＤＣバイアスが、基
   板の一部分に対するプラズマの効果を、基板の別の部分
   に対するプラズマの効果に関して変え、 前記処理システムが、前記電極の別の電極に結合された
   第２の電気容量性構造体をさらに備えており、それによ
   り少なくとも２つの電極によって生じるＤＣバイアスを
   互いに変えることができ、 第１の電気容量性構造体と第２の電気容量性構造体とが
   互いに動作可能に結合されていて、それによりそれらの
   容量を同期して変えることができる処理システム。
2. 【請求項２】 前記第１の電気容量性構造体が可変コン
   デンサである請求項１に記載の処理システム。
3. 【請求項３】 可変コンデンサが空気コンデンサおよび
   真空コンデンサのうちの１つである請求項２に記載の処
   理システム。
4. 【請求項４】 複数の電極の少なくとも１つがディスク
   の形であって、基板 支持体上の基板の中心部分に近接し
   て位置決めされて、基板の中心部分をバイアスする請求
   項１に記載の処理システム。
5. 【請求項５】 複数の電極の少なくとも１つがリングの
   形であって、基板支持体上の基板の環状部分に近接して
   位置決めされて、基板環状部分をバイアスする請求項１
   に記載の処理システム。
6. 【請求項６】 複数の電極の少なくとも２つが、ディス
   クの複数部分の形である請求項１に記載の処理システ
   ム。
7. 【請求項７】 基板支持体が誘電体材料からなり、電極
   が誘電体材料内に埋め込まれている請求項１に記載の処
   理システム。
8. 【請求項８】 少なくとも２つの電極に結合されたＤＣ
   パワー源をさらに備え、ＤＣパワー源が、少なくとも２
   つの電極間にＤＣ電位差を生じるように動作可能であっ
   て、基板支持体の支持表面に基板を静電的にクランプす
   る請求項１に記載の処理システム。
9. 【請求項９】 プラズマを用いて基板を処理するための
   処理システムであって、 プラズマを含むように構成された処理チャンバと、 プラズマに近接して基板を支持するための支持表面を有
   するチャンバ内部の基板支持体と、 基板支持体に結合された第１の電極と、 第１の電極に近接して基板支持体に結合された第２の電
   極であって、第１および第２の電極がそれぞれ支持表面
   に近接して位置決めされ、互いから電気的に絶縁されて
   いる第２の電極と、 第１および第２の電極に結合されたＤＣパワー源であっ
   て、第１の電極と第２の電極の間にＤＣ電位差を生じる
   ように動作可能であり、基板を基板支持体に静電的にク
   ランプするＤＣパワー源と、 電極を電気的にバイアスするために各電極に結合された
   ＲＦパワー源であって、バイアスされた電極が、支持表
   面に位置決めされた基板にＤＣバイアスを生じるように
   動作可能なＲＦパワー源と、 ＲＦパワー源と第１の電極との間に電気的に結合された
   第１のコンデンサ、お よびＲＦパワー源と第２の電極と
   の間に電気的に結合された第２のコンデンサとを備え、 第１のコンデンサが、第１の電極によって基板に生じる
   ＤＣバイアスを、第２の電極によって基板に生じるＤＣ
   バイアスに関して選択的に変えるための可変容量を有し
   ており、それにより選択的に変えられたＤＣバイアス
   が、基板の一部分に対するプラズマの効果を、基板の別
   の部分に対するプラズマの効果に関して変え、 第１のコンデンサと第２のコンデンサが互いに動作可能
   に結合されていて、それによりそれらの容量を同期して
   変えることができる処理システム。
10. 【請求項１０】 第２のコンデンサが可変容量を有し
    て、基板に生じるＤＣバイアスを第１の電極によって生
    じるＤＣバイアスに関してさらに選択的に変える請求項
    ９に記載の処理システム。
11. 【請求項１１】 第１および第２の電極の１つがディス
    クの形であって、支持体上の基板の中心部分に近接して
    位置決めされて、基板の中心部分をバイアスする請求項
    ９に記載の処理システム。
12. 【請求項１２】 第１および第２の電極の１つがリング
    の形であって、支持体上の基板の環状部分に近接して位
    置決めされて、基板環状部分をバイアスする請求項９に
    記載の処理システム。
13. 【請求項１３】 プラズマを用いて基板を処理する方法
    であって、 処理チャンバ内部の基板支持体の支持表面上に基板を位
    置決めするステップと、 処理チャンバ内に基板に近接してプラズマを形成するス
    テップと、 基板支持体に結合された複数の電極を提供するステップ
    であって、電極がそれぞれ支持表面に近接して位置決め
    され、互いから電気的に絶縁されているステップと、 ＲＦ電力を用いて電極をバイアスし、基板支持体の支持
    表面上に位置決めされた基板にＤＣバイアスを生じるス
    テップと、 前記ＲＦパワー源と前記複数の電極の少なくとも１つと
    の間に第１の電気容量性構造体を電気的に結合するステ
    ップと、 第１の電気容量性構造体の容量を選択的に変えて、少な
    くとも１つの電極によって基板に生じるＤＣバイアス
    を、複数の電極の他の電極の少なくとも１つによって基
    板に生じるＤＣバイアスに関して選択的に変え、それに
    より選択的に変えられたＤＣバイアスが、基板の一部分
    に対するプラズマの効果を、基板の別の部分に対するプ
    ラズマの効果に関して変えるステップとを含み、 前記処理方法が、第２の電気容量性構造体を前記電極の
    別の電極に電気的に結合するステップをさらに含んでお
    り、それにより少なくとも２つの電極によって生じるＤ
    Ｃバイアスを互いに関して変えることができ、 前記処理方法が、第１の電気容量性構造体と第２の電気
    容量性構造体の容量を同期して変えるステップをさらに
    含む方法。
14. 【請求項１４】 複数の電極の少なくとも１つがディス
    クの形であって、基板の中心部分に近接して位置決めさ
    れて、基板中心部分をバイアスする請求項１３に記載の
    方法。
15. 【請求項１５】 前記複数の電極の前記少なくとも１つ
    のうちの１つがリングの形であって、基板の環状部分に
    近接して位置決めされて、基板環状部分をバイアスする
    請求項１３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 複数の電極の少なくとも２つが複数部
    分から成るディスク形である請求項１３に記載の方法。
17. 【請求項１７】 基板支持体が誘電体材料からなり、第
    １および第２の電極が誘電体材料内に埋め込まれている
    請求項１３に記載の方法。
18. 【請求項１８】 ＤＣパワー源を第１および第２の電極
    に結合するステップと、第１の電極と第２の電極の間に
    ＤＣ電位差を生ぜしめて、基板を基板支持体の支持表面
    に静電的にクランプするステップとをさらに含む請求項
    １３に記載の方法。