JP4792185B2 - エッチング速度の均一性を改良するプラズマ処理チャンバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
【発明の分野】
本発明は半導体集積回路の製造に関し、特に、プラズマ処理システムにおけるイオン支援エッチング処理のための改良された方法及び装置に関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
半導体ベースのデバイス、例えば集積回路又はフラットパネルディスプレイ等の製造では、材料の層を基板表面上に交互に堆積させ、エッチングすることができる。この技術において広く知られているように、堆積層のエッチングは、プラズマエッチングを含む様々な技術により達成することができる。プラズマエッチングでは、実際のエッチングは通常、プラズマ処理システムのプラズマ処理チャンバ内部で行われる。基板表面上に望ましいパターンを形成するために、通常、適切なマスク（フォトレジストマスク等）が提供される。プラズマはその後、適切なエッチャントソースガス、又はガスの混合物から生成され、マスクで保護されていない領域をエッチングするのに使用され、これにより望ましいパターンが残る。
【０００３】
説明を容易にするために、図１Ａでは、半導体ベースのデバイスの製造に適した簡略化したプラズマ処理装置１００を示している。この簡略化したプラズマ処理装置１００は、静電チャック（ＥＳＣ）１０４を有するウェーハ処理チャンバ１０２を含む。このチャック１０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ１０６（つまり基板）を支持する。エッジリング１０８はチャック１０４のエッジに隣接する。エッチングプロセスの場合、良好なエッチング結果を維持するためにウェーハ処理チャンバ１０２内部の多数のパラメータが厳密に制御される。エッチング結果を左右するプロセスパラメータには、ガス組成、プラズマ励起、ウェーハ１０６上でのプラズマ分布、その他が含まれる。エッチング耐性（及び結果として生じる半導体ベースのデバイスの性能）は、こうしたプロセスパラメータに非常に敏感であるため、その正確な制御が求められる。
【０００４】
ウェーハ１０６の表面は、ウェーハ処理チャンバ１０２内に放出された適切なエッチャントソースガスによりエッチングされる。このエッチャントソースガスはシャワーヘッド１１０を通じて放出することができる。このエッチャントソースガスは、チャンバ内部に配置されたガスリングを介して、或いはウェーハ処理チャンバ１０２の壁に組み込まれたポートを介して等、その他のメカニズムにより放出することもできる。イオン支援エッチングプロセス中には、シャワーヘッド１１０に供給される高周波（ＲＦ）電力がエッチャントソースガスを発火させ、これによりエッチングプロセス中にウェーハ１０６の上にプラズマ雲（「プラズマ」）を形成する。その他のプラズマ励起手段も使用可能である点に注意すべきである。例えば、マイクロ波エネルギの応用、誘導コイルの使用、アンテナにより励起された波の導入、又はシャワーヘッド１１０との容量結合を使用して、プラズマを励起することもできる。イオン支援エッチングプロセスにおいて、チャック１０４には通常、高周波電源（図示せず）を使用して高周波電力が加えられる。
【０００５】
イオン支援エッチングプロセスにおいて、局所的なエッチング速度はイオン濃度に支配される。イオン支援エッチングプロセスは通常、酸化物エッチング又はポリシリコンエッチングを実行するために使用される。言い換えれば、イオン推進／支援エッチングプロセスは一般に、加速されたプラズマイオン（「イオン」）のウェーハ（基板）との物理反応によりエッチングが支配的に促進されるエッチングプロセスを指す。イオン支援エッチングの応用には、例えば、スパッタリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、化学スパッタリング、化学支援物理スパッタリング、物理支援化学スパッタリングが含まれる。
【０００６】
イオン支援エッチングでは、チャック１０４（及びシャワーヘッド１１０）に高周波電力を加えることで、電場が発生し、次にウェーハ１０６の上にシース（空間電荷層）１１２が生じる。シース１１２に伴う電場は、ウェーハ１０６の上面に向かうイオンの加速を促進する。理想的には、加速イオンは、エッチングプロセス中、ウェーハ１０６の表面に対して、ほぼ垂直な角度（つまり、ほぼ直角又は約９０度の角度）で衝突する。ウェーハ１０６に衝突する加速イオンは、ウェーハ１０６を「物理的に」エッチングする働きをする。
【０００７】
エッジリング１０８は電気的に浮遊状態にある（つまり高周波電力が供給されていない）絶縁材料である。エッジリング１０８は、チャック１０４のエッジをエッチングプロセス中等にイオン衝撃から保護するために使用される。エッジリング１０８は、ウェーハ１０６に対してイオン衝撃の焦点を合わせるのを助けることもできる。図１Ａに示すように、チャック１０４はエッジリング１０８の内部表面１１４により取り囲むことができる。この内部表面１１４は更に、ウェーハ１０６の外部エッジの中にある。
【０００８】
エッジリング１０８の外部表面はウェーハ１０６の外部エッジを超えて延びる。エッジリング１０８の内部表面１１４の上部は、チャック１０４だけでなくウェーハ１０６とも隣接している。従来、エッジリング１０８の上面１１８は、ウェーハ１０６の上面より下にあるか、或いはほぼ同じ高さにある。
【０００９】
従来のプラズマ処理装置を使用したイオン支援エッチングプロセスに伴う主な問題の一つは、ウェーハ１０６全体でエッチング速度が均一ではないことである。具体的には、ウェーハのエッジに近い場所でのエッチング速度は、ウェーハの中心部に近い点のエッチング速度よりも大幅に高い。図１Ｂは、エッチング深度がウェーハ１０６の中央部分１２２よりもウェーハ１０６の外辺部１２０で大きいエッチングプロセス後のウェーハ１０６の断面を表している。
【００１０】
不均一なエッチング速度の主たる原因はウェーハ１０６の表面の上にあるシース１１２の不均一な厚さである。図１Ａに示すように、ウェーハ１０６の中央部１２０でのシース１１２の厚さ（或いはシース境界でのプラズマ密度）は、ウェーハ１０６の外辺部１１６でのシース１１２の厚さ（密度）に比べ、大幅に厚い。つまり、エッジリング１０８の上の電気的に浮遊状態にある領域の付近において、シースはウェーハ１０６の外辺部近くで「カーブ」する。ウェーハ１０６の外辺部でのシースの湾曲により、イオン支援エッチングプロセス中、相対的に多くのイオンがウェーハ１０６の外辺部近くに衝突する。外辺部での高い衝突率により、ウェーハの外辺部近くにおいて、相対的に高いエッチング速度が生じる（図１Ｂ参照）。
【００１１】
追加的な問題はシースの湾曲により発生する。特に、ウェーハ１０６の外辺部近くにおけるシースの湾曲は、ウェーハ１０６の表面に対してほぼ垂直ではない角度（つまり、直角又は約９０度ではない角度）での衝突を引き起こす。イオン支援エッチングプロセスにおいて、こうした垂直でない角度での衝突も高いエッチング速度の原因となる。更に、エッジ近くでの垂直でない角度でのイオン衝突は、ウェーハ１０６上のエッチングされた特徴部（例えばトレンチ、バイア、又はライン）に対する望ましくない「傾斜」効果を有する可能性がある。傾斜は一般に、エッチング中の望ましくない効果を指し、これにより特徴部の一つ以上の側面は、ウェーハの表面に対してほぼ垂直ではなくなる。この際、ウェーハ１０６の外辺部では、「傾斜」効果により非対称の特徴部が生成される。特徴部は対称とすることが意図されているため、非対称の特徴部は望ましくなく、製造された集積回路に本質的な欠陥を与える重大な問題を引き起こす恐れがある。
【００１２】
イオン支援エッチングプロセスにおけるエッチング速度の不均一性に伴う問題のいくつかに対処するために可能な解決策の一つは、チャックを拡張し、ウェーハのエッジを超えるようにすることである。チャックを拡張することで、シースの湾曲をウェーハのエッジを超えて移動させる効果が得られる。これは純粋に化学的なエッチング用途に適した解決策となる場合がある。しかしながら、この解決策はイオン支援エッチングプロセスには適しておらず、これはチャックの拡張部分もイオン及びエッチングプロセスに晒されるためである。チャックをこれらに晒すことで、イオン支援エッチングプロセス中に微粒子及び又は重金属汚染が発生する恐れがある。チャックの拡張部分は大幅に高いエッチング速度に晒されることにもなり、汚染に伴う問題は更に悪化する。その上、チャックの露出部分での高いエッチング速度により、チャックが急速に劣化する可能性があり、これは消耗品とするには高価な部品であるチャック全体の頻繁な交換につながる恐れがある。
【００１３】
エッチング速度不均一性に伴う問題のいくつかを削除するために、ウェーハの上のプラズマ分布を変化させることが可能な場合がある。例えば、従来の「フォーカスリング」をシースの上に配置することができる。プラズマをウェーハ上に集中させることを試みることで、従来のフォーカスリングはウェーハのエッジ上に分布するイオン密度（プラズマ）を減少させることができると考えられる。成功した場合、プラズマ分布の減少により、ウェーハの外辺部近くでのエッチング速度は低下する（つまりエッジ近くに衝突するイオンの数が減少する）。フォーカスリングのような外部要素を使用することで、シースの湾曲効果を僅かに補正することは可能である。しかしながら、イオン化エッチングプロセスに別の要素を導入することで、汚染及び又は高価な消耗部品に伴う新たな問題が発生する可能性がある。加えて、従来のフォーカスリングの使用は、一部のイオン化エッチング用途において適切でない場合もある。
【００１４】
前記の観点から、イオン支援プロセスにおけるエッチング速度均一性を改良する改良された方法及び装置の必要性が存在する。
【００１５】
【発明の概要】
大まかに言って、本発明はプラズマ処理システムにおけるイオン支援エッチング処理に関する改良された方法及び装置に関する。本発明は基板（ウェーハ）全体でのエッチング速度均一性を改良する働きをする。本発明は、デバイス、装置、及び方法を含む多数の形で実施することができる。本発明のいくつかの実施形態について以下で説明する。
【００１６】
本発明の第一の態様の一実施形態による改良されたプラズマ処理装置を開示する。この改良されたプラズマ処理装置は、静電チャック（ＥＳＣ）と高位置エッジリングとを有するウェーハ処理チャンバを含む。このチャックは電極として機能し、製造中、ウェーハ（つまり基板）を支持する。本発明のこの態様の一実施形態によれば、この高位置エッジリングはチャックのエッジに隣接し、ウェーハの上面を超えて上方向へ延びる。
【００１７】
本発明の第二の態様の一実施形態による改良されたプラズマ処理装置を開示する。ここでは、このプラズマ処理装置は溝付きエッジリングを使用する。この溝付きエッジリングは、ウェーハのエッジ近くの領域とウェーハの底面下の領域とを主として取り囲む溝付きエリアを含む。
【００１８】
本発明の第三の態様の一実施形態による改良されたプラズマ処理装置を開示する。この改良されたプラズマ処理装置は、高周波（ＲＦ）電力を供給される高周波結合エッジリングを有するウェーハ処理チャンバを含む。この高周波結合エッジリングは、高周波電力を加えられたチャックの一部の上方であって、基板のエッジに隣接する位置に設けられており、高周波電力を供給されるチャックにより供給された高周波エネルギの一部は、内側周波結合エッジリングに結合される。
【００１９】
本発明は多数の利点を有する。本発明の利点の一つは、基板表面全体のエッチング速度均一性が大幅に改良されることである。本発明の別の利点は、処理チャンバを汚染の危険に晒すことなく、エッチング速度均一性の大幅な改良を達成することである。更に別の利点は、エッチングされた特徴部の傾斜を大幅に排除できることである。
【００２０】
本発明のその他の態様及び利点は、本発明の原理を例示する添付図面に基づき、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
本発明は、同様の参照符号が同様の構成要素を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明により容易に理解されよう。
【００２１】
【実施の形態】
本発明は、プラズマ処理システムにおけるイオン支援エッチング処理に関する改良された方法及び装置に関する。本発明は基板（ウェーハ）全体のエッチング速度均一性を改良する働きをする。本発明により提供されるエッチング速度均一性の改良は、製造歩留まりを向上させるだけでなく、費用効率にも優れており、微粒子及び又は重金属汚染の危険を発生させない。
【００２２】
本発明のいくつかの態様の実施形態について、図２乃至６を参照して以下説明する。しかしながら、本発明はこれらの限定的な実施形態よりも範囲が広いため、これらの図について本明細書で述べる詳細な説明が例示的な目的のためであることは、当業者により容易に理解されよう。
【００２３】
図２は、本発明の第一の態様の一実施形態によるプラズマ処理装置２００を示している。このプラズマ処理装置２００は、静電チャック（ＥＳＣ）２０４を有するウェーハ処理チャンバ２０２を含む。このチャック２０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ２０６（つまり基板）を支持する。高位置エッジリング２０８はチャック２０４のエッジに隣接し、ウェーハ２０６の上面を超えて上方向に延びる。
【００２４】
この高位置エッジリング２０８は通常、電源に接続されていない状態にある（つまり高周波電力を加えられていない）絶縁材料である。高位置エッジリング１０８は、エッチングプロセス中等にチャック１０６のエッジをイオン衝撃から保護するために使用される。図２に示すように、チャック２０４は、エッジリング２０８の内部表面２１４により取り囲まれる。更に内部表面２１４はウェーハ２０６の外部エッジの中にある。
【００２５】
エッジリング２０８の外部表面２１６は、ウェーハ２０６の外部エッジを超えて延びる。高位置エッジリング２０８の内部表面２１４の上部は陥凹領域２１８を含む。ウェーハ２０６は陥凹領域２１８に置かれ、内部表面１１４の上部の一部を覆う。高位置エッジリング２０８の上面２２０は、ウェーハ２０６の上面よりも所定の距離Ｄだけ上にある。この所定の距離Ｄは、実装品と、実行される特定のプロセスと、に応じて変化する。通常、所定の距離Ｄは、１乃至１０ミリメートル程度である。エッチングプロセスの場合、高い耐性のエッチング結果を維持するためにウェーハ処理チャンバ２０２内の多数のパラメータが厳密に制御される。エッチング結果を左右するプロセスパラメータには、ガス組成、プラズマ励起、ウェーハ２０６上でのプラズマ分布などが含まれる。エッチング品質（及び結果として生じる半導体ベースのデバイスの性能）は、こうしたプロセスパラメータに非常に敏感であるため、その正確な制御が求められる。
【００２６】
ウェーハ２０６の表面は、ウェーハ処理チャンバ２０２内に放出された適切なエッチャントソースガスによりエッチングされる。このエッチャントソースガスはシャワーヘッド２１０を通じて放出することができる。このエッチャントソースガスは、チャンバ内部に配置されたガスリングを介して、或いはウェーハ処理チャンバ２０２の壁に組み込まれたポートを介して等、その他のメカニズムにより放出することもできる。イオン支援エッチングプロセス中には、シャワーヘッド２１０に供給される高周波（ＲＦ）電力がエッチャントソースガスを発生させ、これによりエッチングプロセス中にウェーハ２０６の上にプラズマ雲（「プラズマ」）を形成する。イオン支援エッチングプロセスにおいて、チャック２０４には通常、高周波電源（図示せず）を使用して高周波電力が加えられる。
【００２７】
イオン支援エッチングプロセスにおいて、局所的なエッチング速度はイオン濃度に支配される。イオン支援エッチングプロセスは通常、酸化物エッチング又はポリシリコンエッチングを実行するために使用される。言い換えれば、イオン推進／支援エッチングプロセスとは、一般に、加速されたプラズマイオン（「イオン」）のウェーハ（基板）との物理反応により、エッチングが支配的に促進されるエッチングプロセスを指す。イオン支援エッチングの応用には、例えば、スパッタリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、化学スパッタリング、化学支援物理スパッタリング、物理支援化学スパッタリングが含まれる。
【００２８】
イオン支援エッチングでは、チャック２０６（及びシャワーヘッド２１０）に高周波電力を加えることで、電場が生成され、次にウェーハ１０６の上にシース（空間電荷層）２１２が生じる。シース２１２に伴う電場は、ウェーハ１０６の上面に向かうイオンの加速を促進する。高位置エッジリング２０８は、以前に述べたように、ウェーハ２０６の上面を超えて上方向に延びる。ウェーハ２０６の上面の上に延びることで、高位置エッジリング２０８はシース２１２について矯正作用を施す。具体的には、一実施形態において、ウェーハ２０６の外辺部近くのシース２１２の厚さ（又は密度）は、ウェーハ２０６の中央部とほぼ同じ厚さ（密度）になる。高位置エッジリング２０８を使用することで、結果として生じるシース２１２は、ウェーハ２０６全体で本質的に均一にすることが可能である点に注意が必要である。したがって、図１Ａのシース１１２と比較して、シース２１２は大幅に改良されている。シース２１２の均一な厚さ（密度）の結果として、ウェーハ２０６の表面に対するイオンの衝突率は、従来のアプローチで得られるものに比べ、ウェーハ２０６の表面全体で大幅に均一性が増す。更に、イオンがウェーハ２０６の表面と衝突する角度は、ウェーハ２０６の内部領域だけでなく、外辺領域においてもほぼ直角となる。その結果、ウェーハ２０６の表面全体でのエッチング速度は、従来達成されるものよりも大幅に均一性が増し、外辺領域でエッチングされた特徴部は「傾斜」問題の影響を受けない。
【００２９】
図３は、本発明の第二の態様の一実施形態によるプラズマ処理装置３００を示している。このプラズマ処理装置３００は、静電チャック（ＥＳＣ）３０４を有するウェーハ処理チャンバ３０２を含む。このチャック３０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ３０６（つまり基板）を支持する。溝付きエッジリング３０８はチャック３０４のエッジに隣接する。
【００３０】
この溝付きエッジリング３０８は通常、電源に接続されていない状態にある（高周波電力を加えられていない）絶縁材料である。溝付きエッジリング３０８は、エッチングプロセス中等にチャック３０４のエッジをイオン衝撃から保護するために使用される。図３に示すように、チャック３０４は、エッジリング３０８の内部表面３１０により取り囲まれる。更に内部表面３１０はウェーハ３０６の外部エッジの中にある。エッジリング３０８の外部表面３１２は、ウェーハ３０６の外部エッジを超えて延びる。一実施形態において、溝付きエッジリング３０８の上部表面３１４は、ウェーハ３０６の上部表面３１６とほぼ同じ高さにある。しかしながら、ウェーハ３０６のエッジに隣接する溝付きエッジリング３０８の上部表面は溝領域３１８を有する。図３に示すように、溝領域３１８は、第一の傾斜部３２０と、第二の傾斜部３２２と、第一及び第二の傾斜部３２０及び３２２をつなぐ底部ノッチ３２４とにより定められる。傾斜面３２０は、上部表面３１４を、部分的に覆われた領域３２２につないでいる。
【００３１】
前に述べたように、チャック３０６に高周波電力を加えることで、電場が発生し、次にウェーハ３０６の上にシースが生じる。シースに関する電場は、ウェーハ１０６の上面に向かうイオンの加速を促進する。溝付きエッジリング３０８は、本質的にウェーハ３０６のエッジの下にある溝領域３１８を提供する。図３に示すように、溝領域３１８は、ウェーハ３０６のエッジにおいて、更にウェーハ３０６の底面の下へ、更に延びることもできる。代替の実施形態において、溝領域は、ウェーハ３０６のほぼ底面の位置にのみ延びるようにすることができる。
【００３２】
溝領域を提供することで、溝付きエッジリング３０８はウェーハ３０６のうえのシースに矯正作用を施す。具体的には、一実施形態において、ウェーハの外辺部（エッジ）近くのシースの厚さ（又は密度）は、チャック３０４の真上にあるシースの厚さ（密度に）大幅に近づく。溝付きエッジリング３０８の溝領域はシースを効果的に引き伸ばすため、ウェーハ３０６のエッジ上ではシースが平らになると推測される。
【００３３】
ウェーハ３０６の上のシースの厚さ（密度）の均一性が改良された結果、ウェーハ３０６の表面に対するイオンの衝突率は、従来のアプローチで得られるものに比べ、ウェーハ３０６の表面全体で均一性が増加する。更に、イオンがウェーハ３０６の表面と衝突する角度は、ウェーハ３０６のエッジ領域において、図１Ａのプラズマ処理装置１００により得られるものに比べ、直角に近くなる。その結果、ウェーハ３０６の表面全体でのエッチング速度は、従来達成されるものよりも均一性が増加し、外辺領域でエッチングされた特徴部が受ける「傾斜」問題の影響は少なくなる。
【００３４】
図４は、本発明の第三の態様の一実施形態によるプラズマ処理装置４００を示している。このプラズマ処理装置４００は、静電チャック（ＥＳＣ）４０４を有するウェーハ処理チャンバ４０２を含む。このチャック４０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ４０６（つまり基板）を支持する。内側高周波結合エッジリング４０８はチャック４０４のノッチ４１０に隣接し、ウェーハ４０６のエッジを超えて延びる高周波結合領域を提供する。外側エッジリング４１２は内側高周波結合エッジリング４０８とチャック４０４の外部エッジとに隣接する。
【００３５】
内側高周波結合エッジリング４０８は、エッチングプロセス中等にチャック４０４のノッチ４１０をイオン衝撃から保護するために使用される。図４に示すように、チャック４０４のノッチ４１０は内側高周波結合エッジリング４０８の内部表面４１４及び底面４１６に隣接する。更に内部表面４１４はウェーハ４０６の外部エッジの内側にある。内側高周波結合エッジリング４０８の外部表面４１８は、ウェーハ４０６の外部エッジを超え、チャック４０４の外部エッジ４２０を超えて延びる。内側高周波結合エッジリング４０８の内部表面４１４の上部は陥凹領域４１４を含む。ウェーハ４０６は陥凹領域４１４に置かれ、内側高周波結合エッジリング４０８の内部表面４１４と、内側高周波結合エッジリング４０８に隣接するチャック４０４の外部表面と、の間の継ぎ目を覆う。内側高周波結合エッジリング４０８の上面４２２は、ウェーハ４０６の上面とほぼ同じ高さにある。内側高周波結合エッジリング４０８の外部表面４１８は、ウェーハ４０６のエッジから所定の距離Ｘの位置にある。所定の距離Ｘは、実装品と、実行される特定のプロセスと、に応じて変化する。通常、ほとんどのプロセスに関して、所定の距離Ｘには１乃至２センチメートルが最適である。
【００３６】
外側エッジリング４１２は、チャック４０４の外部表面４１８を保護するために使用される。更に外側エッジリング４１２及び内側高周波結合エッジリング４０８は、チャック４０４との間に隙間のある継ぎ目ができないように配置される。外側エッジリング４１２に使用される材料は絶縁すなわち誘電材料である（例えば、セラミック、石英、ポリマ）。一実施形態において、外側エッジリング４１２の材料は、チャック４０６からの任意の有効な高周波結合を提供しない。したがって、外側エッジリング４１２は、エッチング処理中、大きく消耗しないことになる。別の実施形態においては、外側エッジリング４１２がチャック４０６と誘電結合しないことを保証するために、チャック４０４と外側エッジリング４１２との間に、誘電（すなわち絶縁）材料の充填層を設けることができる。例えば、充填層の材料は、セラミック、石英、テフロン（登録商標）、又はポリマを含む幅広い適切な材料から選択することができる。
【００３７】
チャック４０６に高周波電力を加えることで、電場が生成され、次にウェーハ４０６の上にシース４２４が生じる。シース４２４に伴う電場は、ウェーハ４０６の上面に向かうイオンの加速を促進する。内側高周波結合エッジリング４０８は、チャック４０４に提供される高周波エネルギの一部が内側高周波結合エッジリング４０８を通じて高周波結合されるように、適切な特性を有する材料で作られる。高周波結合エッジリング４０８は、プラズマ処理を汚染しない様々な材料で作ることができる。適切な材料の例には、半導体材料（炭化ケイ素等）又は絶縁材料が含まれ、この材料の導電性はドーピング等を通じて制御することができる。内側高周波結合エッジリング４０８の材料とその導電性は、望ましい高周波結合の度合いに応じて選択することができる。通常、高周波結合は、薄い内側高周波結合エッジリング４０８を使うこと、或いは内側高周波結合エッジリング４０８として使用する材料の導電性を増加させることで、高めることができる。内側高周波結合エッジリング４０８がウェーハ４０６のエッチングに伴ってエッチングされる場合は、汚染物質が生成されるべきではなく、かつ、過度に高価な材料にするべきではない。定期的な交換が必要になるためである。一方、一実施形態において、外側エッジリング４１２の材料はチャック４０６からの任意の有効な高周波結合を提供せず、その結果、大体において定期的な交換を必要としないことになる。
【００３８】
有利なことに、この高周波結合エッジリング４０８がウェーハ４０６のエッジを超えて延びる高周波結合領域を提供するため、結果として生じるシース４２４は、ウェーハ４０６のエッジ上を含め、ウェーハ４０６の表面全体でほぼ均一な厚さを有するようになる。延長された高周波結合領域を提供することで、この高周波結合エッジリング４０８は、ウェーハ４０６の上のシース４２４に矯正作用を施す。具体的には、一実施形態において、ウェーハの外辺部（エッジ）近くのシース４２４の厚さ（又は密度）は、チャック４０６の真上のシース４２４の厚さ（密度）とほぼ同じになる。結果として生じるシース４２４の厚さ（密度）は、ウェーハ４０６全体でのシース４２４の均一性を大幅に改良することに注意する必要がある。したがって、図１Ａのシース１１２に比べ、ウェーハ４０６の上のシースは大幅に改善される。
【００３９】
ウェーハ４０６の上のシース４２４の均一な厚さ（密度）の結果として、ウェーハ４０６の表面に対するイオンの衝突率は、従来のアプローチにより得られるものに比べ、ウェーハ４０６の表面全体で大幅に均一になる。更に、イオンがウェーハ４０６の表面と衝突する角度は、ウェーハ４０６の内部領域だけでなく、外辺領域においてもほぼ直角となる。その結果、ウェーハ４０６の表面全体でのエッチング速度は、従来達成されるものよりも大幅に均一になり、外辺領域でエッチングされた特徴部は「傾斜」問題の影響を受けない。
【００４０】
図５は、本発明の第三の態様の別の実施形態によるプラズマ処理装置５００を示している。このプラズマ処理装置５００は、静電チャック（ＥＳＣ）５０４を有するウェーハ処理チャンバ５０２を含む。このチャック５０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ５０６（つまり基板）を支持する。内側高周波結合エッジリング５０８はチャック５０４のエッジ５１０に隣接し、ウェーハ５０６のエッジを超えて延びる高周波結合領域を提供する。外側エッジリング５１２は内側高周波結合エッジリング５０８とチャック５０４の外部エッジとに隣接する。図５に示すように、外側エッジリング５１２は、高周波カプラ５１４とも隣接する。
【００４１】
高周波カプラ５１４の上面は、内部高周波カプラリング５０８の底面の真下に位置する。内側高周波結合エッジリング５０８は、高周波カプラ５１４をエッチングプロセス（つまりイオン衝撃）から保護する。内側高周波結合エッジリング５０８及び高周波カプラ５１４は、チャック５０４のノッチ５１６をイオン衝撃から保護するのに使用される。
【００４２】
図５に示すように、高周波カプラ５１４は、チャック５０４のノッチ５１６が高周波カプラ５１４の内部表面５１８及び底面５２０と隣接するように配置される。更に内部表面５１８はウェーハ５０６の外部エッジの内側にある。内側高周波結合エッジリング５０８と同様に、高周波カプラ５１４の外部表面は、ウェーハ５０６の外部エッジを超え、チャック５０４の外部エッジ５２２を超えて延びる。
【００４３】
高周波カプラ５１４は、チャック５０４に提供される高周波エネルギの一部が内側高周波結合エッジリング５０８と高周波結合されるように、適切な特性を有する材料で作られる。高周波カプラ５１４は様々な材料で作ることができる。適切な材料の例には、導電材料（金属等）、半導体材料（炭化ケイ素等）、又は絶縁材料が含まれ、この材料の導電性はドーピング等を通じて制御することができる。有利なことに、高周波カプラ５１４は、ウェーハ５０６のエッジを超えて延びる高周波結合エネルギを調整することに関する柔軟性を増加させる。これは、チャック５０４及び内側高周波結合エッジリング５０８のために選択した材料と関連させて、高周波カプラ５１４の材料を選択することで達成できる。
【００４４】
加えて、高周波カプラ５１４がイオン衝撃から保護される場合には、必要ならば、結合される高周波エネルギの量を増加させるために、高周波カプラ５１４を高導電性材料で作ることができる。一実施形態において、高周波カプラは、絶縁材料（陽極酸化アルミニウム等）の被覆（又は層）により覆われた高導電性材料（アルミニウム）で作ることができる。したがって、高周波結合は、薄い被覆層を使用すること、或いは高周波カプラ５１４として使用する材料の導電性を増加させることで、高めることができる。
【００４５】
更に、図５に示すように、外側エッジリング５１２は、内側高周波結合エッジリング５０８の上面の上に延びる重複部分５２４を有する。この重複部分５２４は、存在する可能性のある隙間のある継ぎ目を保護する。これにより、チャック４０４の外部表面、及び高周波カプラ５１４の外部表面５２２の、優れた保護が提供される。
【００４６】
以前に説明したように、チャック５０６に高周波電力を加えることで、電場が生成され、次にウェーハ５０６の上にシースが生じる。シースに関する電場は、ウェーハの上面に向かうイオンの加速を促進する。有利なことに、この内側高周波結合エッジリング５０８がウェーハ５０６のエッジを超えて延びる高周波結合領域を提供するため、結果として生じるシースは、ウェーハ５０６のエッジ上を含め、ウェーハ５０６の表面全体でほぼ均一な厚さを有するようになる。延長された高周波結合領域を提供することで、この高周波結合エッジリング５０８は、ウェーハ５０６の上のシースに矯正作用を施す。具体的には、一実施形態において、ウェーハの外辺部（エッジ）近くのシースの厚さ（又は密度）は、チャックの真上のシースの厚さ（密度）とほぼ同じになる。以前に説明したように、結果として生じるシースの厚さ（密度）は、ウェーハ５０６全体でのシースの均一性を大幅に改良する。したがって、図１Ａのシース１１２に比べ、ウェーハ５０６の上のシースは大幅に改善される。
【００４７】
ウェーハ５０６の上のシースの均一な厚さ（密度）の結果として、ウェーハ５０６の表面に対するイオンの衝突率は、従来のアプローチにより得られるものに比べ、ウェーハ５０６の表面全体で大幅に均一になる。更に、イオンがウェーハ５０６の表面と衝突する角度は、ウェーハ５０６の内部領域だけでなく、外辺領域においてもほぼ直角となる。その結果、ウェーハ５０６の表面全体でのエッチング速度は、従来達成されるものよりも大幅に均一性が増加し、外辺領域でエッチングされた特徴部は「傾斜」問題の影響を受けない。
【００４８】
図６は、本発明の第三の態様の更に別の実施形態によるプラズマ処理装置６００の一部を示している。このプラズマ処理装置６００は、静電チャック（ＥＳＣ）６０４（断面の片側のみを表示）を有するウェーハ処理チャンバ６０２を含む。このチャック６０４は電極として機能し、製造中、ウェーハ６０４（つまり基板）を支持する。内側高周波結合エッジリング６０８はチャック６０４のエッジに隣接し、ウェーハ６０６のエッジを超えて延びる高周波結合領域を提供する。外側エッジリング６１０は内側高周波結合エッジリング６０８のエッジに隣接する。高周波カプラ６１２は、内側高周波結合エッジリング６０８の下に配置され、チャック６０４のエッジに隣接する。絶縁性充填材６１４は、内側高周波結合エッジリング６０８の下に配置され、高周波カプラ６１２に隣接する。絶縁性充填材６１４の底面はチャック６０４の上部エッジに隣接する。
【００４９】
有利なことに、絶縁性充填材６１４は、高周波結合される高周波電気エネルギの量を集中させることにおいて、更に多くの柔軟性を提供することができる。絶縁性充填材６１４は、外側エッジリング６１０に関する任意の結合を最小化することができる。例えば、絶縁性充填材６１４は、セラミック、石英、テフロン（登録商標）、ポリマといった適切な絶縁材料で作ることができる。更に絶縁の量は、絶縁性充填材６１４用に選択した材料の厚さを選択することで制御できる。
【００５０】
絶縁性充填材６１６は、外側エッジリング６１０の下に配置される。絶縁性充填材６１６はチャック６０４の外部エッジに隣接する。有利なことに、絶縁性充填材６１６は、高周波電力が加えられたチャック６０４を外部グラウンドリング６１８のアースされた領域から離すような位置に配置される。通常、外部グラウンドリングは、ウェーハ処理システム６０２の壁の付近に配置される。
【００５１】
図４及び５に関して説明したように、ウェーハ６０４のエッジを超えて延びる延長された高周波結合領域を提供することで、ウェーハ６０４の上のシースに矯正作用が施される。結果として、ウェーハ６０６の表面全体でのエッチング速度は、従来達成されるものよりも均一性が増加し、外辺領域でエッチングされた特徴部は「傾斜」問題の影響を受けない。加えて、システム内に存在する可能性のある隙間を覆うことにより、絶縁性充填材６１４及び６１６はチャック６０４の更に優れた保護を提供することができる。
【００５２】
上で説明した様々なエッジリングは、比較的安価で、製造及び又は交換が容易な材料を使用して作ることができる。この材料は特定のエッチングプロセスに適合する様々な材料から選択することができる。
【００５３】
本発明は多数の利点を有する。本発明の利点の一つは、基板表面全体のエッチング速度均一性が大幅に改良されることである。本発明の別の利点は、処理チャンバを汚染の危険に晒すことなく、エッチング速度均一性の大幅な改良を達成することである。更に別の利点は、エッチングされた特徴部の傾斜を大幅に排除できることである。
【００５４】
以上、本発明のほんの僅かな実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は、その趣旨又は範囲から逸脱しない限り、他の多くの特定の形態において実施し得ることは理解されたい。従って、これらの例は制限的なものではなく例示的なものと做されるべきであり、本発明は本明細書で述べた詳細に限定されることなく、前記特許請求の範囲内で変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 半導体ベースのデバイスを製造するのに適した簡略化したプラズマ処理装置１００を示す図である。
【図１Ｂ】 ウェーハの中央部よりもウェーハの外辺部においてエッチング深度が大きなエッチングプロセス後のウェーハの断面図である。
【図２】 本発明の第一の態様の一実施形態による、高位置エッジリングを含むプラズマ処理装置を示す図である。
【図３】 本発明の第二の態様の一実施形態による、溝付きエッジリングを含むプラズマ処理装置３００を示す図である。
【図４】 本発明の第三の態様の一実施形態による、内側高周波結合エッジリングと外側エッジリングとを含むプラズマ処理装置４００を示す図である。
【図５】 本発明の第三の態様の別の実施形態による、高周波カプラと、内側高周波結合エッジリングと、外側エッジリングとを含むプラズマ処理装置５００を示す図である。
【図６】 本発明の第三の態様の更に別の実施形態による、絶縁性充填材を含むプラズマ処理装置６００の断面の一部を示す図である。

Claims (15)

1. 上面と底面とエッジとを有する基板をエッチングするためのプラズマ処理チャンバであって、
   前記基板の前記底面の少なくとも一部を支持し、高周波（ＲＦ）電力が供給されるチャックと、
   前記高周波電力が供給されるチャックの周りにおいて、前記高周波電力が供給されるチャックの棚部上に接して配された高周波カプラと、
   前記基板のエッジに隣接するように前記高周波カプラ上に接して設けられた内側高周波結合エッジリングであって、前記基板を取り囲む内側高周波結合エッジリングと、
   前記内側高周波結合エッジリングと前記高周波カプラを取り囲む外側エッジリングであって、前記高周波カプラは前記外側エッジリングとは別の独立の部材である、外側エッジリングと、を備え、
   前記内側高周波結合エッジリングと前記高周波カプラとは、前記高周波電力が供給されるチャックの前記棚部の外縁を超えて所定量だけ外部に伸びており、
   前記高周波電力が供給されるチャックにより供給された高周波エネルギの一部が、前記高周波カプラを介して前記内側高周波結合エッジリングに結合される、プラズマ処理チャンバ。
2. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記基板はウェーハである、プラズマ処理チャンバ。
3. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記内側高周波結合エッジリングは半導体材料で設けられている、プラズマ処理チャンバ。
4. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記内側高周波結合エッジリングは炭化ケイ素で設けられている、プラズマ処理チャンバ。
5. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記外側エッジリングが、前記高周波カプラ、および前記高周波カプラの下方に位置する前記高周波電力が供給されるチャックの前記棚部を更に取り囲んでいる、プラズマ処理チャンバ。
6. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記内側高周波結合エッジリング及び前記高周波カプラが、前記基板の前記エッジから所定の距離だけ延びている、プラズマ処理チャンバ。
7. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記内側高周波結合エッジリングが前記基板の端部を受け入れるための陥凹領域を有する、プラズマ処理チャンバ。
8. 請求項７記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記内側高周波結合エッジリングの上面は、前記基板の上面と同じ高さにある、プラズマ処理チャンバ。
9. 請求項１記載のプラズマ処理チャンバであって、
   前記外側エッジリングが前記内側高周波結合エッジリングの上面の上に延びる重複部を有する、プラズマ処理チャンバ。
10. 上面と底面とエッジとを有する基板をエッチングするためのプラズマ処理チャンバであって、
    前記基板の前記底面の少なくとも一部を支持し、高周波（ＲＦ）電力が供給されるチャックと、
    前記高周波電力が供給されるチャックの周りにおいて、前記高周波電力が供給されるチャックの棚部上に接して配された高周波カプラと、
    前記高周波電力が供給されるチャックの前記棚部上に接して配され、前記高周波カプラを取り囲むように配される第１の絶縁性充填材と、
    前記高周波カプラと前記第１の絶縁性充填材との上に接して配された内側高周波結合エッジリングであって、前記基板を取り囲むように前記基板のエッジに隣接する内側高周波結合エッジリングと、
    前記第１の絶縁性充填材と、前記高周波電力が供給されるチャックの前記棚部の外側エッジと、を取り囲む第２の絶縁性充填材と、
    前記内側高周波結合エッジリングを取り囲むように前記第２の絶縁性充填材上に接して配され、前記高周波カプラは前記外側エッジリングとは別の独立の部材である、外側エッジリングと、を備え、
    前記高周波電力が供給されるチャックにより供給された高周波エネルギの一部が、前記高周波カプラを介して前記内側高周波結合エッジリングに結合される、プラズマ処理チャンバ。
11. 請求項１０記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記第１および第２の絶縁性充填材が、セラミック、石英、ポリマ、及びテフロン（登録商標）の少なくとも一つで設けられている、プラズマ処理チャンバ。
12. 請求項１０記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
    前記第２の絶縁性充填材を取り囲むグラウンドリングを備えるプラズマ処理チャンバ。
13. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記高周波カプラは導電材料で設けられている、プラズマ処理チャンバ。
14. 請求項１または１０記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記高周波カプラが絶縁被覆を有する金属である、プラズマ処理チャンバ。
15. 請求項１４記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記高周波カプラを介して、前記高周波電力が供給されるチャックから前記内側高周波結合エッジリングに達する高周波エネルギの量が、前記絶縁被覆の厚さに依存する、プラズマ処理チャンバ。

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