JP4256587B2 - 低減インピーダンスチャンバ - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
１. 発明の分野
本発明は、プラズマ処理に使用するための低減インピーダンスチャンバに係わり、より具体的には反復可能かつ制御可能なプラズマ処理に使用し得るチャンバに関するものである。
２. 関連技術の説明
図１に示した従来型チャンバは、チャンバ壁１２を有する処理チャンバ１０を含んでいる。チャック組立体１４は、ベローズ１３上に取付けられており、ベローズは、チャック取付けリング１６上に配置されている。チャック取付けリング１６はスポーク１８を含み、スポークを介してチャック取付けリング１６がチャック組立体１４に結合されている。チャック組立体１４には、例えば半導体等の工作物が取付けられる。ＲＦエネルギーは、チャックインピーダンス整合組立体２０を介してチャック組立体１４に印加される。プラズマ源２４と、プロセスガスをチャンバ１０内へ噴射する噴射組立体２１とが、チャック組立体１４の上方に配置されている。チャック組立体１４の下方には、プロセスガスを排出するためのターボ分子ポンプ２６が配置されている。ターボ分子ポンプ２６は、チャック組立体１４とターボ分子ポンプ２６との間に配置されたゲート弁２５により、チャンバ１０から選択的に隔離され、それによって漏れの検出が、漏出速度をモニタすることで可能になり、かつチャンバ圧力の調整が、ターボ分子ポンプ２６へのコンダクタンスの変更によって可能になる。プラズマ源２４内にはコイル２８が配置され、プラズマ源内でプラズマを発生させる。コイル２８へは、急速整合組立体２２を介してＲＦエネルギーが供給される。
【０００２】
図１に示したチャンバは次のように作業する。まず、ベローズ１３が降下する。ウェーハ１５が、処理チャンバ１０の側部に、それも通常はチャック組立体１４の下方に設けられたスロット弁（図示せず）から送入される。ウェーハ１５はブレード（図示せず）に載せられて送入され、該ブレードは、通常、チャック組立体１４内の３個のピン（図示せず）用のスロットを有している。これらのピンは、チャック組立体１４内の機構により上下動可能である。ウェーハ１５がチャック組立体１４の上方にくると、ピンがウェーハ１５をブレードから持ち上げ、ブレードは除去される。ブレードの除去後、ピンは下降し、ウェーハ１５はチャック組立体１４上に載り、ベローズ１４が伸長する。
次いで、比較的高いＤＣ電圧がチャック組立体１４に印加され、ウェーハ１５はチャック組立体１４に固定される。ウェーハ１５は、チャック組立体１４からは電気絶縁されている。通常の一形式では、チャック組立体１４は、誘電特性を改善するために、付加的な後被覆で特別に処置することによりアノード（陽極酸化又は電解）処理されている。別の形式では、導電性材料が、ポリアミドシートの間に配置されている。この導電性材料にクランプ電圧が印加される。チャック組立体１４は、静電電圧には維持されず、ＤＣ接地で維持される。チャックは、自己バイアス電流および漏れ電流により、高い陰ＤＣ電圧に達する可能性がある。チャックは、容量結合されているので、ＤＣ電圧を得ることができる。
【０００３】
プロセスガスは、噴射組立体２１を介してチャンバ１０内へ噴射される。ＲＦエネルギーは、プラズマを発生させるためには、コイル２８に印加され、自己バイアスによりウェーハに陰電圧を発生させるためには、整合ネットワーク２０を介してチャック組立体１４に印加される。自己バイアス現象は、イオンと比較して電子の可動性が大きい結果、発生する。イオンが、ＲＦサイクル毎に電子と等速でウェーハ１５表面に引付けられるには、ウェーハ表面に陰電圧を発生させねばならない。このことが、処理にとって重要なのは、それによって、チャックのＲＦ電圧とプラズマとのパラメータにより決定されるエネルギーで、ウェーハ表面へイオンを加速できるからである。処理完了後、反応ガスの噴射が止められ、チャックへのＲＦエネルギーが除去され、ウェーハをクランプするＤＣ電圧は、除去されるか、僅かに逆にされ、ＲＦプラズマエネルギーが停止され、ベローズ１３が下降し、ウェーハ１５が除去される。
チャック組立体１４が単極の場合、ウェーハ１５のクランプ中およびクランプ解除中にチャック組立体１４を介してウェーハ１５に電荷を与える手段は存在しない。ウェーハ１５は、チャックの静電電極とは逆の電荷を蓄電せねばならない。プラズマは、ウェーハ１５へのクランプ回路を完成させる最も普通の手段である。なぜなら、プラズマは、低電力レベルでも十分に良好な導体だからである。通常、プラズマは、クランプおよびクランプ解除の操作の間、低電力レベルで維持される。
【０００４】
プラズマは、チャック組立体１４のところの被励起電極（すなわちプラズマ陰極）と、通常は接地されている対電極（すなわちプラズマ陽極）との間の回路経路を完成させる。対電極は、通常、噴射組立体２１である。多くのシステムには、対電極として機能するチャンバ壁区域が存在する。これらの壁区域が、ウェーハに対して近すぎる場合には、処理の均一度の問題を生じさせるか、または非正常なイオン加速電界を発生させる。チャンバ１０内でのチャック組立体１４の正常な位置決めにより、対電極は、次の経路を経て接地へ導通させられる：（１）噴射組立体２１から、（２）プラズマ源２４を経て、（３）チャンバ１０の内壁１２に沿い、（４）スポーク１８を経て、ベローズ１３の外径に至り、（５）ベローズ１３を経て、（６）チャック組立体１４の基部に至る経路である。チャンバ１０、ベローズ１３、スポーク１８、プラズマ源２４、噴射組立体２１の組み合わせは、プラズマのバルク（本体）およびシース（外被）・インピーダンスと比較して、より高いインピーダンスを示している。
図２は、図１の従来型チャンバに相当する回路を示したものである。チャック組立体１４は、誘導子１００、抵抗器１０２、コンデンサ１０４、コンデンサ１０６、誘導子１４０によってモデル化されており、ウェーハ１５に対応する回路に隣接している。ウェーハ１５にはコンデンサ１０８と抵抗器１１０が近接しており、これらが用いられているのは、シースをバイパスし、かつプラズマを加熱するＲＦ電流をモデル化するためである。プラズマ用のモデルの残りは、抵抗器１３６、抵抗器１３８、電力源１３５であり、この場合、電流源１３５は、ウェーハ１５のところにプラズマパラメータに係わる電流を生じさせる。既述のように、噴射組立体２１から接地までの経路は、コンデンサ１３０、誘導子１３２、誘導子１３４によりモデル化されたプラズマ源２４と、コンデンサ１２４、コンデンサ１２６、誘導子１２８によりモデル化されたチャンバ壁１２（静電シールドを含む）と、コンデンサ１１８、誘導子１２０、誘導子１２２によってモデル化されたスポーク１８と、コンデンサ１１２、誘導子１１４、誘導子１１６によりモデル化されたベローズ１３とを通っている。ＲＦ電力供給部１３９は、電圧源１４８と抵抗器１５０としてモデル化されており、整合ネットワーク２０を介してチャック組立体１４に接続されている。整合ネットワークは、コンデンサ１４２、コンデンサ１４４、誘導子１４６としてモデル化されている。
【０００５】
これらすべての構成素子は、接地経路内のインピーダンスに寄与している。通常、チャックへの接続は、５０ｎｈのインダクタンスと、接地までの２００ｐｆの静電容量とを有することができる。ベローズは、２５０ｎｈのインダクタンスと１００ｐｆの静電容量とを有することができ、スポーク１８は、３３ｎｈのインダクタンスと５０ｐｆの静電容量とを、チャンバ壁は、４０ｎｈのインダクタンスと１００ｐｆの静電容量とを、プラズマ源は、４０ｎｈのインダクタンスと１００ｐｆの静電容量とを、それぞれ有することができる。
このモデルでは、プラズマのインピーダンスが固定されている。プラズマ電流源は、電流パラメータを検出するため、ラングミュア・プローブのデータを使用する。これらの効果が一緒になって調波を発生させる。前記の諸素子の概して非線形のインピーダンスの結果、工作物のところのプラズマ電圧に高次の調波が発生し、それによって処理の制御が難しくなる。
図３には、図２の回路の場合ついて、プラズマ陽極からプラズマ陰極へプラズマシースを横切る電圧の予想波形が示されている。このモデルでは、プラズマの嵩を横切る電圧は無視されている。この電圧は、ウェーハへのイオンを加速し、ウェーハに達するイオンのエネルギーを制御する。このモデルでは、整合ネットワーク２０の入力部でＲＦエネルギーの基本波に完全に整合することが仮定されている。図４には、従来式チャンバの場合の、プラズマシース前後の電圧の対応周波数スペクトルが示されている。この場合、基本周波数は、ほぼ１３.６ＭＨｚ、第１調波は、約２７.２ＭＨｚ、第２調波は、ほぼ４０.８ＭＨｚである。
【０００６】
従来型チャンバでは、システムパラメータが変更される場合、プラズマシース前後の電圧の高調波成分に大きな変化が生じる。短いシース間隔を有する高密度のプラズマの場合、モンテカルロ・シミュレーションは、ウェーハに到着時のイオンエネルギーが、ウェーハのところでのこれら電圧調波の量の強関数であることを示している。このことは、従来型チャンバは、システム内の結合インピーダンスまたはプラズマ密度に僅かの変化がある場合、類似の条件下で異なるイオンエネルギーを発生させることを意味する。有意のプラズマ密度変化は、圧力、プラズマとの電力結合、種類のいずれかの僅かな変化によって生じることがある。同じように、結合インピーダンスも、製造誤差または再取付け誤差のために、有意に変化することがある。このように、一連の処理工程ごとに、またチャンバごとに変動する要因が存在し、それらの要因が、より高次の調波準位に影響するため、処理が容易には反復できない。それらの要因には次のものが含まれる：
1. 再取り付けによるＲＦ構成素子の幾何形状の変化、
2. 高調波成分を変化させる処理圧力の変動、
3. 高調波成分を変化させるチャック圧力またはプラズマ源の変動、
4. 処理設計の変更によるプロセスガスの種類の変動、
5. 整合ネットワーク内での整合の精密な位置の変動。
これらの物理的経過の、より詳しい点は、“Dynamics of Collisionless rf Plasma Sheaths”by P.Miller & M.E.Riley(J.Appl.,Vol.82,pp.3689〜3709,October 15, 1997)から知ることができる。この論文はここに引用することで、本明細書に取り入れられるものとする。
プラズマ処理用の従来型チャンバおよびチャンバの使用については、ほかのところで論じられている。キーブル氏（米国特許第4、844、775号）は、アクティブイオン技術または化学気相成長法による半導体ウェーハ処理に使用する装置を説明している。フラム氏ほか（米国特許第4、918、031号)は、比較的低ガス圧で動作するらせん共振器を用いる異方性プラズマエッチングの方法を説明している。サーバス氏（米国特許第5、534、231号）は、反応チャンバ内へ電磁結合されたＲＦ電力を用いるプラズマ反応器を説明している。これら３つの特許は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものとする。
【０００７】
（発明の要約）
したがって、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバを得ることである。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それもチャンバ壁と、ベローズと、チャンバ底部のスポークとがチャックから接地までのコンダクタンス経路に含まれていないチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それもプラズマ陽極シース前後の電圧降下が極めて小さくなるように、噴射電極寸法を増大させたチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも被処理素子のところでプラズマシースにより加速されるイオンが、フィッティングの変化や基板の変化に対して制御されるチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも被処理素子のところでのプラズマ電圧の周波数スペクトルが、プラズマインピーダンスの変動に対し比較的不感であるようなチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも被処理素子のところのイオンエネルギーが、これまで以上に制御されるようなチャンバを得ることにある。
【０００８】
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも噴射-排出プレートがプロセスガスをウェーハに均一に噴射するように設計されているチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも有意のコンダクタンス損を生じることなしに、排気が噴射-排出プレートを介してポンプで吸出できるように、該プレートが設計されているチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも温度制御がなされて粒子発生と表面反応が低減されるように、噴射-排出プレートが設計されているチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも噴射-排出プレートが、処理に反応しない材料で製造されるように設計されているチャンバを得ることにある。
更に、本発明の目的は、プラズマ処理用の低減されたインピーダンスを有するチャンバ、それも噴射-排出プレートが、ＲＦ回路の経路内で低インピーダンスを有するように設計されているチャンバを得ることにある。
【０００９】
本発明の以上の目的および関連する目的は、チャンバ内でプラズマを発生させるためのプラズマ源を含むシステムによって実現される。プラズマにより処理される素子を取付けるためのチャック組立体は、チャンバ壁部を形成している。このチャック組立体は、プラズマ源に電気接続され、プラズマ陰極を形成している。プラズマ陽極は、プラズマ源に電気接続されている。
プラズマ陽極は、またプラズマ陰極より大きい表面積を有しているのが好ましい。プラズマ陽極は、更にチャックと対向する位置に形成された噴射-排出プレートであってよい。
本発明の一好適実施例は、工作物を取付けるチャック組立体を含んでいる。工作物には、チャック組立体を介してＲＦエネルギーが供給される。チャック組立体は、プラズマ源に電気接続されている。プラズマ源は、コイルと静電シールドとを含んでいる。噴射-排出プレートは、プラズマ源に接続されている。噴射-排出プレートは、またポンププレナム、ターボ分子ポンプ、そして恐らくコンダクタンス制御弁（例えばゲート弁）から、プラズマ源を隔離している。チャック組立体は、ベローズを介してチャック作動組立体に結合されている。また移送チャンバが、チャンバの基部近くに設けられている。ベローズがチャック組立体を作業位置へ持ち上げると、チャック組立体は、プラズマ源に対し密封し、プラズマ源に電気接続される。
噴射-排出プレートの一好適実施例は、ポンプポートおよびガス噴射部としての穴の配列を含んでいる。
本発明の第２好適実施例では、噴射-排出プレートが、プラズマ内へエネルギーを容量結合するために、プラズマ源の一部として被励起電極を含んでいる。
【００１０】
本発明の以上の目的およびその他の目的、並びに本発明の利点は、以下で、添付図面と関連して行う本発明の、現時点で好適な実施例についての詳細な説明により、より明らかになり、より容易に理解されるであろう。
（現時点で好適な実施例の詳細な説明）
図５に示す本発明の低減インピーダンスチャンバの一好適実施例は、半導体ウェーハ３２等の工作物が取付けられるチャック組立体３０を含んでいる。ウェーハ３２には、ＲＦエネルギーが、ＲＦ被励起チャック組立体３０との容量結合を介して印加される。プラズマ源３６は、コイル３８と静電シールド４０とを含んでいる。噴射-排出プレート４２は、プラズマ源３６に結合されている。噴射-排出プレート４２は、またポンププレナム４４とターボ分子ポンプ４６とに結合されている。
チャック組立体３０は、ＲＦエネルギーが印加される導体３７と、絶縁層２９,３３と、接地金属３１とを含んでいる。絶縁層２９は、導体３７をウェーハ３２から絶縁し、絶縁層３３は、導体３７を接地金属３１から絶縁している。導体３７は、単極チャックまたは多極チャックのいずれかを形成するために、１つ以上の導電部分を含んでいる。チャック組立体３０は、ベローズ３９と、チャック昇降用のリンク機構（図示せず）を介してチャック作動組立体３５に結合されている。移送チャンバ４１は、ウェーハの出入を顧慮して、チャンバの基部近くに設けられている。
【００１１】
チャック組立体３０は、通常、アノード処理されたアルミニウム製か、またはアノード処理されたアルミニウムにポリアミド層をかぶせたもので製造されている。ベローズ３９は、チャンバ内の場合は、通常、ステンレス鋼製である。ＲＦ接続部が設けられている区域を除き、プラズマ源３６の大部分はアノード処理されたアルミニウムである。ＲＦ接続部ではアノード（陽極酸化）処理皮膜が除去されている。スパイラ-シールドとして知られる材料が、しばしば素子間のＲＦ接続用に使用される。これは、Ｏリング材料の周囲にらせん状に巻付けられたステンレス鋼で造られている。このスパイラ-シールドが、アノード処理皮膜を除去された、Ｏリング溝に似た溝内へはめ込まれる。噴射-排出プレート４２は、アノード処理アルミニウム製である。プラズマ源３６の壁部は、アルミニウム製または石英製である。ポンププレナム４４は、アノード処理アルミニウム製またはステンレス鋼製である。静電シールド４０は導電性材料で造られている。
図６、図７、図８、図９には、噴射-排出プレート４２の好適実施例が示されている。概して、ガス噴射は、プレート全表面にわたって、単位面積当たり等量のガスが噴射されることで均一に行われる。通常、個々の噴出ガスは、約１５度半の角度で広がり、個々の噴出ガスが一緒になって、ウェーハのところにガスがかなり均一に分配される。ガス噴射の正確なパターンは、均一な処理を達成するために、処理の進行中に変更される。したがって、ガス噴射パターンは、異なる処理用の所定システムごとにも、変更される。
【００１２】
図５の低減インピーダンスチャンバ内で噴射-排出プレート４２を使用することによって、図１の従来型チャンバ設計と比較して、噴射電極の寸法が増し、それにより陽極シース前後の電圧降下が極めて低い値になる。従来の理論では、陽極シース電圧は、被励起電極（すなわちウェーハ）各区域の、対電極（すなわち、プラズマと接触しているチャンバの残りが誘電体に直結し、プラズマに容量結合していない場合の噴射表面）に対する比の４乗だけ降下することが予想されている。したがって、シース前後の電圧降下は、ウェーハ３２の寸法に対する噴射-排出プレート４２の寸法を増すことによって低い値にし得ることが望ましい。
図６の底面図には、スポーク横断面の戻り経路を有する噴射-排出プレート４２ａが示されており、この噴射-排出プレートはスポーク５３を有し、スポーク５３はスポークの間の吸排ポート５４を仕切っている。ガス噴射部５５は、スポークに、かつまたプレート４２ａの中心に設けられている。
図７に底面図で示した噴射-排出プレート４２ｂは、多数の戻り経路を有し、プレート４２ｂの中心から半径方向外方へ延在する細長のポンプポート６０を含んでいる。ガス噴射部６２は、プレート４２ｂの中心から半径方向外方へ延在し、またプレート４２ｂの中心に位置している。
【００１３】
図８の底面図に示した噴射-排出プレート４２ｃは、円形ポンプポートを有し、プレート４２ｃの周部近くに設けられた円形ポンプポート７４を含んでいる。ガス噴射部７５は、プレート４２ｃの中心から半径方向外方へ延在し、かつプレート４２ｃの中心に位置している。
図９の底面図に示した噴射-排出プレート４２ｄは、ポンプポート８０と、プレート４２ｄの内部を貫通して一緒に位置するガス噴射部８２とを含んでいる。
図１０は、噴射-排出プレート４２ｄの断面を示した図である。ガス噴射口８２は、ガスプレナム９４からプロセスガスを受け取る。噴射-排出プレート４２ｄには、対電極温度を制御するための冷却剤通路９６も、設けられている。
概して、これらの噴射-排出プレートは、アノード処理されたアルミニウム製である。アノード処理アルミニウムは、プラズマにより活性化される例えば塩素ガスやフッ素ガス等の化学物質のかなり強い作用に耐えることができる。複雑な形状に区切られたアルミニウム構造物が、複数アルミニウム部材を緊密に炉内ろう付けにより継ぎ合わせることにより製造できる。
【００１４】
噴射-排出プレートの設計は、チャンバの作業にかなりの影響を有している。このプレートは、（１）ウェーハ全体にわたり均一にプロセスガスを噴射せねばならず、（２）有意なコンダクタンス損を生じることなしにプレートを介してガスが吸排できなければならず、（３）粒子発生が低減されるように温度制御されねばならず、（４）処理に不反応の材料製でなければならず、（５）ＲＦ回路の経路内で低インピーダンスでなければならない。
図７に示した噴射-排出プレート４２ｂは、ＲＦ回路の経路のインピーダンスに関して、図６のプレート４２ａより好ましい。図９の噴射-排出プレート４２ｄは、インピーダンスが低く、排出流が、より均一である。概して、設計は処理に依存して選択される。いくつかの処理の場合は、高いポンプ速度に、より多く依存するが、別の処理の場合は、低いバイアス電圧と低いインピーダンスで作業され、ポンプ速度は、より低くてよい。
図５に示したチャンバの使用時には、まずチャック組立体３０が降下する。次いでウェーハ３２が移送チャンバ４１から挿入される。ウェーハ３２は、ブレード（図示せず）上に載せられ、該ブレードは、チャック組立体３０内の通常３個のピン（図示せず）用に設けられたスロットを有している。これらのピンは、チャック組立体３０内の機構によって昇降できる。ウェーハ３２がチャック組立体３０の上方にくると、ピンがブレードからウェーハ３２を持ち上げ、ブレードは除去される。ピンが下降することで、ウェーハ３２がチャック組立体３０上に載置され、チャック組立体３０はベローズ３９と共に上昇し、これによりチャック組立体３０は、チャンバを密閉し、プラズマ源と電気接続される。通常、アルゴンまたは窒素等の不活性ガスが、システムを清掃するために処理と処理の間に使用される。プロセスガスは、噴射-排出プレート４２から噴射される。比較的高いＤＣ電圧が、ウェーハ３２を静電クランプするために、チャック組立体３０に印加される。
【００１５】
ＲＦエネルギーがコイル３８に加えられることで、プラズマが発生し、ＲＦエネルギーがチャック組立体３０に加えられることで、ウェーハ３２へのイオンが加速され、処理が行われる。イオンはウェーハ３２に衝突した後、エッチング処理の排出物が噴射−排出プレート４２から排出される。処理が終了すると、ＲＦエネルギー源は切られ、チャック組立体３０は、ベローズ３９の下降により下降し、ウェーハ３２が、移送チャック４１から送出される。プラズマ準位は、通常、低電力に変えられ、ガスは、ウェーハのクランプ解除の改善用にアルゴンまたは窒素に変えられる。
従来型チャンバ用回路モデルを示す図２同様、図１１には、低減されたインピーダンスを有するチャンバの回路モデルが略示されている。チャック組立体３０は、誘導子２００、抵抗器２０２、コンデンサ２０４、コンデンサ２０６によってモデル化されており、ウェーハ３２に対応する回路内位置に隣接している。ウェーハ３２の近くには、シースをバイパスし、かつプラズマを加熱するＲＦ電流のモデル化に使用されるコンデンサ２０８と抵抗器２１０とが配置されている。プラズマのためのモデルの残りは、抵抗器２１８、抵抗器２２０、電流源２１７を含み、この場合、電流源２１７は、ウェーハ３２のところでのプラズマパラメータに関係する電流を供給する。チャック組立体３０から接地までの経路は、コンデンサ２１６、誘導子２１２、誘導子２１４によりモデル化されたプラズマ源３６を通る。電圧源２２８と抵抗器２３０とを含むＲＦ給電部２２７は、整合ネットワーク２２１を介してチャック組立体３０に接続されており、整合ネットワーク２２１は、コンデンサ２２２、コンデンサ２２４、誘導子２２６によりモデル化されている。
【００１６】
図１１と図２との比較により、本発明の設計が、従来の設計に比較して、いかにインピーダンスが低減されるかが明らかになる。ベローズ、スポーク、チャンバ壁に対応する回路構成素子は、図１１の回路には皆無であり、それによりシステムの総合インピーダンスが低減される。図５と図１との比較により、それらの構成素子が、使用時の低減インピーダンスチャンバの実効回路の対応する構成から除去されていることが分かる。
図３同様に、図１２は、低減インピーダンスチャンバをモデル化している図１１の等価回路に予想されるシース（空間電荷層又は外被）電圧波形と時間との関係を示している。図２についての説明で述べたように、このモデルでは、整合ネットワーク２２１の入力部でのＲＦエネルギーの基本波に完全に整合することが仮定されている。図１２の波形は、図３の波形に比較すると、後述するようにスペクトル成分の質的相違のため、時間的な変化はより均一である。
従来型チャンバの場合の図４に対応して、図１３には、低減インピーダンスチャンバの場合の、プラズマシース電圧の周波数スペクトルが示されている。図３と図１３との比較から明らかなように、チャンバ設計の変更は、シース前後の電圧の高調波成分に顕著な影響を与えている。この場合、基本周波数は、約１３.６ＭＨｚ、第１調波は約２７.２ＭＨｚ、第２調波は約４０.８ＭＨｚである。本発明の低減インピーダンスチャンバの場合、基本波の電圧成分は事実上減少し、第１調波の電圧成分は事実上増加した。
【００１７】
既述の実施例のいずれの場合にも、プラズマ源は、プラズマ発生用にＲＦエネルギーを電磁結合するコイル（例えば図５のコイル３８）を含んでいる。しかし、プラズマ発生用には、ＲＦエネルギーを容量結合することも可能である。図１５、図１５Ａ、図１６、図１７は、そのような構成を示している。
図１５に示した本発明の低減インピーダンスチャンバの第２好適実施例は、図５に示したような次の素子を含んでいる：ベローズ３９、導体３７、絶縁層２９,３３、接地金属３１、チャック組立体３０、ＲＦ接地接続部３４、ウェーハ３２、ポンププレナム４４。図５に示されているコイル３８、プラズマ源３６、静電シールド４０は、この第２好適実施例では除去されている。
被励起電極３１２を有する噴射-排出プレート３１０は、図１５Ａに、より詳細に示されている。被励起電極３１２は、電極バッフル板３１４を含み、このバッフル板の働きにより、ガスプレナム３１６を介してプロセスガスの均一な分配が可能になる。電極３１２は、電極絶縁体３１８によってチャンバから電気絶縁されており、絶縁体３２２により電気絶縁されている電極ＲＦ給電部３２０により励起される。
図１６および図１７には、噴射-排出プレート３１０の好適実施例が示されている。噴射-排出プレート４２の好適実施例の場合同様、ガス噴射パターンは、異なる作業条件下では特定システムごとに変更可能である。好ましくは、ガス噴射パターンの選択により、ウェーハ３２近くのチャック基部のところで、事実上均一のガス送出速度を得ることができる。
【００１８】
図１６の底面図に示した、スポーク横断面戻り経路を有する噴射-排出プレート３１０ａは、図６に示した噴射-排出プレート４２ａと共通の設計上の特徴を有している。噴射-排出プレート３１０ａは、ポンプポート３３２を仕切るスポーク３３０を含んでいる。ガス噴射部３３４は、噴射-排出プレート３１０ａの中心部を形成する被励起電極３１２上に設けられている。スポーク上には付加的なガス噴射部３３６が設けられ、それらからの別のガス流は、ウェーハ３２への事実上均一なガス送出速度等の好ましい処理特徴を得るために使用することができる。
図１７の底面図に示した、円形ポンプポートを有する噴射-排出プレート３１０ｂは、図８に示した噴射-排出プレート４２ｃと共通の設計上に特徴を有している。噴射-排出プレート３１０ｂは、プレート３１０ｂの周部近くに設けられた円形ポンプポート３４０を含んでいる。ガス噴射部３４２は、噴射-排出プレート３１０ｂの中心部を形成する被励起電極３１２上に設けられている。付加的なガス噴射部３４４が、プレート３１０ｂの中心部から半径方向外方へ延在し、それらからの別のガス流は、前述の好ましい処理特徴を得るために使用することができる。
【００１９】
図１４は、プラズマインピーダンスの関数として、改良型と従来型のチャンバ設計の場合のプラズマシース電圧の調波と基本波との比を示す線図である。本発明の改良型設計の場合の、基本波の電圧成分に対する第１調波の電圧成分の比は、曲線３００により与えられ、従来型設計の場合の対応成績は、曲線３０２で与えられる。また、改良型設計の場合の、基本波の電圧成分に対する第２調波電圧成分の比は、曲線３０６により与えられ、従来型設計の場合の対応成績は、曲線３０４により与えられる。本発明の改良型設計に対応する曲線は、プラズマインピーダンスの変化に対し相対的に不感であること、また第２調波および基本波に対して第１調波が相対的に優勢であることを示している。このことは、必然的に整合ネットワークの改善を要求する。この改善を達成するには、整合点精度の改善と高いＱとの双方が必要である。
本発明の場合、プラズマインピーダンスに対し周波数成分が相対的に不感である結果、処理条件が不可避的に不確定となるにもかかわらず、処理の反復可能性はより高くなる。既述のように、信頼性のない処理条件は次の原因を含む多くの原因から往々にして生じる：（１）システムとシステムとの製造偏差、（２）再装備中のシステム構成の変動、（３）プラズマ密度の不正確な制御によるシース厚（イオン密度）の変動、（４）ベローズの伸長。
【００２０】
図１４では、低減インピーダンスチャンバの場合、プラズマインピーダンスが変化する間に、基本波に対する第１調波の比が比較的一定であるのに対し、従来型チャンバの対応第１調波成分は、１５倍余の変化を示している。
プラズマ処理は、被処理素子のところのイオンが比較的モノエネルギーである場合、もっともよく制御される。モンテカルロ・シミュレーションが示すところでは、イオンエネルギーの広がりと平均イオンエネルギーは、いずれも、シース前後に存在する異なる調波の電圧準位に極めて敏感な関数である。第１調波が優勢で、調波の比が実質的に固定的であることにより、プラズマ密度等のエネルギー測定パラメータに係わる変化も、単一エネルギーでない場合は、おそらく単調となるだろう。
以上、本発明を少数の実施例で説明したが、当業者には、本発明の利点および新説を実質的に離れることなしに、多くの変更態様が実施例について可能であることは容易に理解されよう。したがって、そのような実施例は、すべて本発明の枠内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来型チャンバの部分側断面図。
【図２】 従来型チャンバの等価回路の略示図。
【図３】 図１の従来型チャンバのシース電圧と時間との関係を示す波形の線図。
【図４】 図１の従来型チャンバの周波数スペクトルを示す線図。
【図５】 本発明による低減インピーダンスチャンバの一好適実施例の部分側断面図。
【図６】 スポーク横断面の戻り経路を備えた噴射-排出プレートの底面図。
【図７】 多戻り経路を備えた噴射-排出プレートの底面図。
【図８】 円形ポンプポートを有する噴射-排出プレートの底面図。
【図９】 コンダクタンス用の一連の穴を備えた噴射-排出プレートの底面図。
【図１０】 図９の噴射-排出プレートの断面図。
【図１１】 低減インピーダンスチャンバの等価回路の図。
【図１２】 図５のチャンバの場合のシース電圧と時間との関係を示す波形の線図。
【図１３】 図５の低減インピーダンスを有するチャンバの周波数スペクトルの線図。
【図１４】 図１の従来型チャンバと図５の低減インピーダンスチャンバの場合の、基本波に対する調波の比を示す線図。
【図１５】 本発明の低減インピーダンスチャンバの第２好適実施例の部分側断面図。
【図１５Ａ】 本発明の噴射-排出プレートの第２好適実施例の部分側断面図。
【図１６】 スポーク横断面戻り経路と被励起電極とを有する噴射-排出プレートの底面図。
【図１７】 円形ポンプポートと被励起電極とを有する噴射-排出プレートの底面図。

Claims (18)

1. プラズマ処理用のチャンバにおいて、
   被処理工作物を装着するための、被励起電極および接地部を含むチャック組立体と、
   対電極と、
   チャンバ内でプロセスガスからプラズマを発生させるための、壁部を有するプラズマ源とが含まれ、プラズマ源の前記壁部が、対電極とチャック組立体の接地部とに電気的に直結されており、
   対電極は噴射−排出プレートを含み、
   噴射−排出プレートは、チャック組立体と対向位置に配置されており、
   当該チャンバは更に、排気を吸出するためのターボ分子ポンプと、当該チャンバからターボ分子ポンプへ排気を移動させるためのポンププレナムとを含み、且つ、噴射−排出プレートは、プラズマ源をポンププレナムおよびターボ分子ポンプから分離している、
   プラズマ処理用のチャンバ。
2. 前記対電極がプラズマ源の一部分を形成している、請求項１に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
3. 前記プラズマ源が、対電極の前記一部分に接続されたＲＦエネルギー源を含む、請求項２に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
4. 対電極の前記一部分が、チャック組立体への均一なガス送出を生じさせるように構成かつ配置されている、請求項３に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
5. 前記噴射−排出プレートが、チャンバ内へプロセスガスを噴射するための複数のガス噴射部と、
   排気を排出する複数のポンプポートとを含み、且つ
   前記ガス噴射部が、被処理工作物表面全体にわたって事実上均一にプロセスガスを噴射するように動作し、かつ
   前記ポンプポートが、有意なコンダクタンス損なしに排気を排出できるように動作する、請求項１に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
6. 噴射−排出プレートが、プラズマ処理に対し無反応性の材料を含む、請求項５に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
7. 噴射−排出プレートが、陽極酸化処理されたアルミニウム製である、請求項５に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
8. 噴射−排出プレートが、更にプロセスガス源からガス噴射部へプロセスガスを移送する複数のガスプレナムを含む、請求項５に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
9. 噴射−排出プレートが、更に対電極の温度制御用の複数の冷却剤通路を含む、請求項５に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
10. プラズマ処理用のチャンバにおいて、
    被処理工作物装着用のチャック組立体が含まれ、該チャック組立体が、被励起電極と、接地部と、ベローズとを含んでおり、更に、
    対電極と、
    チャンバ内でプロセスガスからプラズマを発生させるための、壁部を有するプラズマ源とが含まれ、且つ
    ベローズが上昇位置を占めることで、チャック組立体の接地部によりチャンバ内の容積が密封され、それによってプラズマ源が、対電極とチャック組立体の接地部とに電気的に直結される、プラズマ処理用のチャンバ。
11. 更に、移送チャンバが含まれ、且つベローズが降下位置を占めることで、チャンバが開かれ、かつ移送チャンバへの被処理工作物の出入が可能になり、移送チャンバが、ベローズの上昇位置では、当該プラズマ処理用のチャンバの密封容積外に位置する、請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
12. ベローズが上昇位置にある場合には、ベローズが当該プラズマ処理用のチャンバの密封容積外に位置する、請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
13. 更に、プラズマ源が、電磁界を発生させるためのコイルを含み、プラズマ源の壁部が静電シールドを含む、請求項１または請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
14. チャック組立体が、更に、
    第１絶縁層と、
    第２絶縁層と、
    １つ以上の導電部分を有する導電層とを含み、
    該導電層が第１絶縁層と第２絶縁層との間に配置されており、且つ
    第２絶縁層が、導電層とチャック組立体の接地部との間に配置され、
    チャンバが、更にＤＣ電圧源を含み、該ＤＣ電圧源が、導電層の１つ以上の導電部分に電気接続され、かつ被処理工作物を第１絶縁層に固定するように動作する、請求項１または請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
15. 前記対電極が、被励起電極の表面積より広い表面積を有している、請求項１または請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
16. プラズマ源の前記壁部が、対電極に近いより広い横断面部から、被励起電極に近いより狭い横断面部へ先細にされている、請求項１５に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
17. プラズマ源の壁部が、対電極に近いより広い横断面部から、被励起電極に近いより狭い横断面部へ先細にされている、請求項１または請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。
18. プラズマ源が発生させるプラズマのシース電圧波形がプラズマインピーダンスの或る範囲にわたりプラズマインピーダンスから事実上独立している、請求項１または請求項１０に記載されたプラズマ処理用のチャンバ。

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