JP4975113B2 - 誘電体カバーを伴うエッジ電極 - Google Patents

誘電体カバーを伴うエッジ電極 Download PDF

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Description

本発明は、全般的に、基板製造技術に関するものであり、特に、基板のベベルエッジ（bevel edge）からエッチング副生成物を除去するための装置および方法に関するものである。
例えば半導体基板（すなわちウエハ）またはフラットパネルディスプレイ製造に使用されるガラスパネル基板などの基板の処理では、プラズマがしばしば用いられる。基板処理時において、基板（すなわちウエハ）は、正方形または長方形の複数のダイに分割される。複数のダイは、それぞれ集積回路になる。基板は、次いで、材料を選択的に除去（またはエッチング）および堆積させる一連の工程で処理される。目標ゲート長からのナノメートル規模の各ズレは、これらのデバイスの動作速度および／または動作性に直接結び付くことがあるので、数ナノメートル規模でトランジスタゲートの微小寸法（ＣＤ）を制御することが、最優先事項である。
通常、基板は、エッチングに先立って硬化エマルションの薄膜（フォトレジストマスクなど）をコーティングされる。次いで、硬化エマルションの領域が選択除去され、下位層の部分が露出される。基板は、次いで、プラズマ処理チャンバ内において、基板支持部構造の上に載置される。次いで、適切な組み合わせのプラズマガスがチャンバに導入され、基板の露出領域をエッチングするためにプラズマが生成される。
エッチングプロセス時において、基板エッジ（すなわちベベルエッジ）付近の上面および底面には、例えば炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、フッ素（Ｆ）などで構成されるポリマなどのエッチング副生成物がしばしば形成される。エッチングプラズマの密度は、基板のエッジ付近で低いのが普通であり、これは、基板ベベルエッジの上面および底面にポリマ副生成物を蓄積させる結果となる。通常、例えば基板エッジから約５ｍｍから約１５ｍｍまでなどの基板のエッジ付近には、ダイが存在しない。しかしながら、幾つかの異なるエッチングプロセスの結果としてベベルエッジの上面および底面に次々に副生成物ポリマ層が堆積されるにつれて、普通は強くて接着性を有する有機結合が、後続の処理工程時には最終的に弱くなる。すると、基板エッジの上面および底面の付近に形成されるポリマ層は、基板搬送中において、しばしば別の基板の上に、剥離するまたは剥がれ落ちると考えられる。例えば、基板は、プラズマ処理システム間を、しばしばカセットと称される十分に清浄な容器を介してセットで移動されるのが普通である。より高い位置にある基板が容器内で再配置されると、ダイが存在する低い基板の上に副生成物の粒子（すなわち剥片）が落下して、デバイス歩留まりに影響を及ぼす可能性がある。
ＳｉＮおよびＳｉＯ2などの誘電体膜ならびにＡｌおよびＣｕなどの金属膜も、ベベルエッジ（上面および底面を含む）上に堆積され、エッチングプロセス時に除去されないことがある。これらの膜も、蓄積し、後続処理工程時に剥がれ落ちて、デバイス歩留まりに影響することがある。また、チャンバ壁など処理チャンバの内部も、エッチング副生成物ポリマを蓄積させることがあり、これは、副生成物の蓄積およびチャンバの粒子問題を回避するために、定期的に除去する必要がある。
上記に鑑みると、ポリマ副生成物および堆積膜の蓄積を回避してプロセス歩留まりを向上させるために基板ベベルエッジ付近およびチャンバ内部のエッチング副生成物、誘電体膜、および金属膜を除去する改良されたメカニズムを提供する装置と方法とが必要とされていることがわかる。
概して、開示される実施形態は、ポリマ副生成物および堆積膜の蓄積を回避してプロセス歩留まりを向上させるために基板ベベルエッジ付近およびチャンバ内部のエッチング副生成物、誘電体膜、および金属膜を除去する改良されたメカニズムを提供することによって、ニーズを満たすものである。本発明は、プロセス、装置、またはシステムを含む数々の形態で実現することができる。本発明の幾つかの発明的実施形態が、以下で説明される。
一実施形態では、基板のベベルエッジをクリーニング（洗浄）するように構成された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、基板を受けるように構成された基板支持部を含む。プラズマ処理チャンバは、また、基板支持部を取り囲むボトムエッジ電極を含む。ボトムエッジ電極と基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いから電気的に絶縁される。基板に面するボトムエッジ電極の表面は、薄いボトム誘電体層（ボトム誘電体膜）によって覆われる。プラズマ処理チャンバは、さらに、基板支持部と向かい合うトップ絶縁体板を取り囲むトップエッジ電極を含む。トップエッジ電極は、電気的に接地される。基板に面するトップエッジ電極の表面は、薄いトップ誘電体層（トップ誘電体膜）によって覆われる。トップエッジ電極とボトムエッジ電極とは、互いに相対し、基板のベベルエッジをクリーニングするためにクリーニング用プラズマを生成するように構成される。
別の実施形態では、処理チャンバ内において基板のベベルエッジをクリーニングする方法が提供される。その方法は、処理チャンバ内において基板支持部の上に基板を載置すること、および処理チャンバにクリーニング用ガスを流し込むことを含む。その方法は、また、ＲＦ電源によってボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、基板のベベルエッジをクリーニングするためにそのベベルエッジ付近にクリーニング用プラズマを生成することを含む。ボトムエッジ電極は、基板支持部を取り囲む。ボトムエッジ電極と基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いから電気的に絶縁される。基板に面するボトムエッジ電極の表面は、薄いボトム誘電体層によって覆われる。トップエッジ電極は、基板支持部と向かい合う絶縁体板を取り囲む。基板に面するトップエッジ電極の表面は、薄いトップ誘電体層によって覆われる。
さらに別の実施形態では、処理チャンバのチャンバ内部をクリーニングする方法が提供される。方法は、処理チャンバから基板を取り除くこと、および処理チャンバにクリーニング用ガスを流し込むことを含む。方法は、また、ＲＦ電源によってボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、チャンバ内部をクリーニングするために処理チャンバ内にクリーニング用プラズマを生成することを含む。ボトムエッジ電極は、基板支持部を取り囲む。ボトムエッジ電極と基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いから電気的に絶縁される。基板に面するボトムエッジ電極の表面は、薄いボトム誘電体層によって覆われる。トップエッジ電極は、基板支持部と向かい合う絶縁体板を取り囲む。基板に面するトップエッジ電極の表面は、薄いトップ誘電体層によって覆われる。
本発明の原理を例として示した添付の図面に関連させた以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。
本発明は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明によって容易に理解される。ここで、類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。
本発明の一実施形態にしたがって、対をなすトップエッジ電極とボトムエッジ電極とを伴う基板エッチングシステムの概略図を示している。 本発明の一実施形態にしたがって、図１Ａの領域Ｂを拡大して示している。 本発明の一実施形態にしたがって、図１Ａの領域Ａを拡大して示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、図１Ａの領域Ａを拡大して示している。 本発明の一実施形態にしたがって、図１Ａの領域Ｃを拡大して示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、図１Ａの領域Ｃを拡大して示している。 本発明の一実施形態にしたがって、ＲＦ電力を供給されたボトム電極と接地されたトップエッジ電極とによって生成されるベベルエッジクリーニング用プラズマを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、ＲＦ電力を供給されたトップ電極と接地されたボトムエッジ電極とによって生成されるベベルエッジクリーニング用プラズマを示している。 本発明の一実施形態にしたがって、ベベルエッジクリーニング用プラズマを生成するプロセスフローを示している。 本発明の一実施形態にしたがって、チャンバ内部クリーニング用プラズマを生成するプロセスフローを示している。
ポリマ副生成物および膜の蓄積を回避してプロセス歩留まりを向上させるために基板ベベルエッジ付近およびチャンバ内部のエッチング副生成物、誘電体膜、および金属膜を除去するための改良された構造とメカニズムとについて、幾つかの代表的実施形態が提供される。当業者ならば、本明細書に記載される具体的詳細の一部または全部を伴わずとも本発明が実施され得ることが、明らかである。
図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがって、基板ベベルエッジをクリーニングするためのクリーニングチャンバ１００を示している。クリーニングチャンバ１００は、基板１５０を上に載せた基板支持部１４０を有する。一実施形態では、基板支持部１４０は、電極である。このような状況下では、基板支持部１４０は、ボトム電極と呼ぶこともできる。別の実施形態では、基板支持部１４０は、静電チャックである。基板支持部１４０と向かい合うのは、絶縁体板１６３である。絶縁体板１６３は、トップ絶縁体板１６３と呼ぶこともできる。一実施形態では、プロセスガスを提供するために、絶縁体板１６３の中央にガス供給路１６１が接続されている。あるいは、プロセスガスは、その他の構成を通して基板１５０のエッジに供給することもできる。基板支持部１４０は、絶縁材料で作成されるか、あるいはもし基板支持部１４０が導電性材料で作成されるならば高抵抗値の抵抗器１５２に接続されるか、のいずれかである。一実施形態では、抵抗器の抵抗は、１メガオームより大きい。基板支持部１４０は、いずれかのエッジ電極に接続されたＲＦ電源からＲＦ電力を引き込まないために、高い抵抗率を有するように維持される。基板１５０は、図１Ａの領域Ｂおよび図１Ｂの拡大された領域Ｂに示されるように、基板のエッジの上面と底面とを含むベベルエッジ１１７を有する。図１Ｂでは、ベベルエッジ１１７は、太い実線で強調表示されている。
基板支持部１４０のエッジを取り囲むものとして、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化アルミ、ケイ素（Ｓｉ）、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの導電性材料で作成することができるボトムエッジ電極１２０がある。ボトムエッジ電極１２０の表面は、薄い誘電体層１２６で覆われる。一実施形態では、薄い誘電体層１２６の厚さは、約０．０１ｍｍから約１ｍｍまでの間である。別の実施形態では、厚さは、約０．０５ｍｍから約０．１ｍｍまでの間である。薄い誘電体層１２６は、数々の方式で塗布または形成することができ、その１つは堆積処理（deposition process）を通じたものであってよい。あるいは、薄い誘電体層１２６は、ボトムエッジ電極１２０とは別に形成されて、ボトムエッジ電極１２０と一体化されてもよい。
堆積処理を実施するために、ボトムエッジ電極１２０は、チャンバ内に配置され、そこには、薄い誘電体層１２６の形成を促進するために、酸化物を成長させる化学物質が流し込まれる。一実施形態では、薄い誘電体層１２６の誘電体材料は、二酸化ケイ素である。薄い誘電体層１２６は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を非限定的に含むその他の材料でも形成することができる。一実施形態では、薄い誘電体層１２６は、処理チャンバ内の汚染を減らすために提供される。例えば、もしボトムエッジ電極１２０がアルミニウム（Ａｌ）で作成される場合は、アルミニウムは、クリーニング用プラズマ内の、フッ素基などのプラズマ化された基とともに、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）などの化合物を形成すると考えられる。フッ素基は、電極を腐食すると考えられる。フッ化アルミニウムは、一定の大きさに成長すると、電極から剥がれ落ち、処理チャンバ内に粒子を形成すると考えられる。したがって、ボトムエッジ電極１２０用のカバーがあると望ましい。カバー材料は、クリーニング用プラズマ内において安定（すなわち不活性）であることが望ましい。薄い誘電体カバー１２６は、処理チャンバについての粒子の問題を軽減し、デバイス歩留まりを向上させると考えられる。
基板支持部１４０とボトムエッジ電極１２０との間には、基板支持部１４０とボトムエッジ電極１２０とを電気的に隔てるボトム誘電体リング１２１がある。一実施形態では、基板１５０は、ボトムエッジ電極１２０に接触していない。ボトムエッジ電極１２０の外側には、基板１５０に面するボトムエッジ電極１２０の表面を延長する別のボトム絶縁リング電極１２５がある。ボトム誘電体リング１２１およびボトム絶縁リング１２５は、セラミックまたはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料で作成することができる。ボトムエッジ電極１２０は、下部フォーカスリング１２４に電気的にかつ物理的に接続される。一実施形態では、下部フォーカスリング１２４は、基板支持部１４０用のＲＦ電源１２３に電気的に接続される。下部フォーカスリング１２４は、絶縁リング１２２によって、基板支持部１４０から電気的にかつ物理的に隔てられる。一実施形態では、絶縁リング１２２は、セラミックまたはアルミナなどの誘電体材料で作成される。ボトムエッジ電極１２０は、下部フォーカスリング１２４を通してＲＦ電源１２３によってＲＦ電力を供給される。基板支持部１４０は、ボトム電極アセンブリを上下に移動可能にする移動メカニズム１３０に接続される。この例では、ボトム電極アセンブリは、基板支持部１４０と、ボトムエッジ電極１２０と、ボトム誘電体リング１２１と、ボトム絶縁リング１２５と、絶縁リング１２２とを含む。
絶縁体板１６３を取り囲むのは、トップエッジ電極１１０であり、下部エッジ電極１２０と向かい合う。トップエッジ電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化アルミ、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの導電性材料で作成することができる。一実施形態では、トップエッジ電極１１０と絶縁体板１６３との間は、トップ誘電体リング１１１である。トップエッジ電極１１０の外側には、基板１５０に面するトップエッジ電極１１０の表面を延長するトップ絶縁リング１１５がある。トップエッジ電極１１０は、トップ電極１６０に電気的にかつ物理的に接続され、トップ電極１６０は、接地される。また、チャンバ壁１７０は、接地される。トップ電極１６０、トップエッジ電極１１０、トップ誘電体リング１１１、トップ絶縁リング１１５、絶縁リング１１２、および絶縁体板１６３は、トップ電極アセンブリを形成する。別の実施形態では、トップ電極１６０が、ＲＦ電力を供給され、ボトムエッジ電極１２０が、電気的に接地される。
薄い誘電体層１２６について上述されたのと同じ理由に基づいて、トップエッジ電極１１０の表面も、薄い誘電体層１１６で覆われる。一実施形態では、薄い誘電体層１１６の厚さは、上述された薄い誘電体層１２６とおおよそ同じ範囲内である。薄い誘電体層１１６は、トップエッジ電極１１０を覆うように配される。薄い誘電体層１２６について上述された堆積処理および形成プロセス、ならびに材料は、薄い誘電体層１１６にも適用される。
図１Ｃは、本発明の一実施形態にしたがって、薄い誘電体被覆層１１６を伴うトップエッジ電極１１０を示した図１Ａの領域Ａを拡大して示している。あるいは、薄い誘電体カバー層１１６’の表面は、図１Ｃ−１に示されるように、トップ誘電体リング１１１の表面およびトップ絶縁リング１１５の表面と同一平面上にある。図１Ｄは、本発明の一実施形態にしたがって、薄い誘電体層カバー層１２６を伴うボトムエッジ電極１２０を示した図１Ａの領域Ｃを拡大して示している。あるいは、薄い誘電体カバー層１２６’の表面は、図１Ｄ−１に示されるように、ボトム誘電体リング１２１の表面およびボトム絶縁リング１２５の表面と同一平面上にある。ベベルエッジクリーニング時において、トップエッジ電極１１０は、トップ電極１６０を通して接地される。ボトムエッジ電極１２０は、ＲＦ電源１２３によって電力を供給される。一実施形態では、ＲＦ電力は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの間である。
上述のように、ボトムエッジ電極１２０を覆う薄い誘電体層１２６およびトップエッジ電極１１０を覆う薄い誘電体層１１６は、ボトムエッジ電極１２０およびトップエッジ電極１１０を腐食から保護し、処理チャンバ内の粒子数を低減させる。薄い誘電体層１２６，１１６の厚さは、ボトムエッジ電極１２０およびトップエッジ電極１１０が尚も電極として機能できるような十分な低さに維持されることが望ましい。上述のように、薄い誘電体層１２６，１１６の厚さは、約０．０１ｍｍから約１ｍｍまでの間である。別の実施形態では、薄い誘電体層１２６，１１６の厚さは、約０．０５ｍｍから約０．１ｍｍまでの間である。薄い誘電体層１２６は、数々の方式で塗布または形成することができ、その１つは堆積処理を通じたものであってよい。その他の方法には、エッジ電極を覆うように薄い誘電体層を吹き付けることが挙げられる。あるいは、本発明の一実施形態にしたがって、薄い誘電体層１２６は、ボトムエッジ電極１２０とは別に形成されて、ボトムエッジ電極１２０と一体化されてよい。
基板１５０と絶縁体板１６０との間の間隔は、絶縁体板１６０下方の基板表面上にプラズマが生成されないように、１．０ｍｍ未満のように小さく維持される。トップ絶縁リング１１５とボトム絶縁リング１２５も、生成されたプラズマをベベルエッジ付近に閉じ込めるのを助ける。
基板１５０と絶縁体板１６０との間の間隔は、絶縁体板１６０下方の基板表面上にプラズマが生成されないように、１．０ｍｍ未満のように非常に小さく維持される。図１Ｅに示されるように、ボトムエッジ電極１２０にＲＦ電力を供給し、トップエッジ電極１１０を接地して電気的帰路を提供することによって、ベベルエッジをクリーニングするために基板１５０のエッジ付近にプラズマを生成することができる。
本発明の一実施形態にしたがって、図１Ｅに示されるように、トップエッジ電極１１０を接地して電気的帰路を提供することによって、ベベルエッジをクリーニングするためのプラズマを基板１５０のエッジ付近に生成することができる。電力供給および接地のその他の構成配置も、使用することができる。たとえば、本発明の一実施形態にしたがって、図１Ｆに示されるように、トップ電極１６０にＲＦ電源をつなぐことによって、トップエッジ電極１１０がＲＦ電力を供給され、下部フォーカスリング１２４を接地することによって、ボトムエッジ電極１２０が電気的に接地される。重要なのは、トップエッジ電極およびボトムエッジ電極の両方が、エッジ電極の表面を保護するために薄い誘電体層によってそれぞれ覆われることにある。
基板ベベルエッジクリーニングプロセス時において、ＲＦ電源１２３は、クリーニング用プラズマを生成するために、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの間の周波数のＲＦ電力を、そして約１００ワットから約２０００ワットまでの電力を供給する。クリーニング用プラズマは、トップ誘電体リング１１１、トップエッジ電極１１０、トップ絶縁リング１１５、ボトム誘電体リング１２１、ボトムエッジ電極１２０、およびボトム絶縁リング１２５によって閉じ込められるように構成される。（１種または２種以上の）クリーニング用ガスは、絶縁体板１６３の中央付近のガス供給路１６１を通して供給される。あるいは、（１種または２種以上の）クリーニング用ガスは、処理チャンバ１００のその他の部分に設けられた（１つまたは２つ以上の）ガス供給路を通して供給することもできる。
エッチング副生成物ポリマをクリーニングするために、クリーニング用ガスは、Ｏ2などの酸素含有ガスを含むことができる。一実施形態では、ポリマをクリーニングするために、ＣＦ4、ＳＦ6、またはＣ2Ｆ6などのフッ素含有ガスを＜１０％などの幾らかの量で添加することもできる。また、Ｎ2などの窒素含有ガスをガス混合に含ませることもできる。窒素含有ガスは、酸素含有ガスの解離を助ける。ガスを希薄化するためおよび／またはプラズマを維持するために、ＡｒまたはＨｅなどの不活性ガスを添加することもできる。ベベルエッジ１１７において、ＳｉＮまたはＳｉＯ2などの（１枚または２枚以上の）誘電体膜をクリーニングするために、ＣＦ4、ＳＦ6、または両ガスの組み合わせなどのフッ素含有ガスを使用することができる。フッ素含有ガスを希薄化するためおよび／またはクリーニング用プラズマを維持するために、ＡｒまたはＨｅなどの不活性ガスを使用することもできる。ベベルエッジ１１７において、ＡｌまたはＣｕなどの（１枚または２枚以上の）金属膜をクリーニングするために、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、または両ガスの組み合わせなどの塩素含有ガスを使用することができる。塩素含有ガスを希薄化するためおよび／または（１枚または２枚以上の）金属膜をクリーニングするためのプラズマを維持するために、ＡｒまたはＨｅなどの不活性ガスを使用することもできる。
一実施形態では、トップエッジ電極１１０とボトムエッジ電極１２０との間の間隔（すなわち距離）ＤEEは、ボトムエッジ電極１２０またはトップエッジ電極１１０から最寄りの接地までの距離（ＤW）と比べて比較的小さい。一実施形態では、間隔ＤEEは、約０．５ｃｍから約２．５ｃｍまでの間である。一実施形態では、比率ＤW／ＤEEは、約４：１より大きく、これは、プラズマの閉じ込めを確実にする。一実施形態では、ＤWは、ボトムエッジ電極１２０から最寄りの接地されたチャンバ壁１７０までの距離である。チャンバ圧力は、ベベルエッジクリーニングプロセス時において、約１００ミリトールから約２トールまでの間に維持される。一実施形態では、絶縁体板１６３と基板１５０との間の間隔ＤSは、ベベルエッジクリーニングプロセス時にトップ電極１６０と基板１５０との間にプラズマが形成されないことを確実にするために、約１．０ｍｍ未満である。別の実施形態では、ＤSは、０．４ｍｍ未満である。
図１Ｅにおいて生成されるプラズマは、クリーニング用の容量結合プラズマである。あるいは、ボトムエッジ電極１２０は、誘電体材料に埋め込まれた誘導コイルで置き換えることができる。ベベルエッジをクリーニングするために生成されるプラズマは、（ボトムエッジ電極１２０によって生成される）誘導結合プラズマであってよい。誘導結合プラズマは、一般に、容量結合プラズマより高い密度を有し、ベベルエッジを効率的にクリーニングすることができる。
基板エッジ付近において、トップエッジ電極１１０とボトムエッジ電極１２０との間に生成されるプラズマは、基板の基板ベベルエッジをクリーニングする。クリーニングは、基板ベベルエッジにおけるポリマの蓄積を減少させるのに有用であり、これは、デバイス歩留まりに影響する粒子欠陥の可能性を低減または排除する。ボトムエッジ電極およびトップエッジ電極の全体をクリーニング用プラズマに対して不活性の材料で作成すると、非常に費用がかさむ。反対に、薄い誘電体層を使用すると、費用効率が大幅に高くなる。上述のように、薄い誘電体層は、ボトムエッジ電極およびトップエッジ電極の上に載せることができる。もし、異なるクリーニング用化学物質が使用され、当初の薄い誘電体層が新しいクリーニング用化学物質に対して不活性でなくなった場合は、エッジ電極の上に載置された薄いカバーを、新しい化学物質に対して不活性の材料で作成されたカバーに容易に取り替えることができる。これは、ボトムエッジ電極およびトップエッジ電極の全体を作り直すために必要とされる費用および時間を削減する。また、一定期間の使用後、ボトムエッジ電極およびトップエッジ電極の表面をクリーニングするまたは磨くことができる。そして、新しい誘電体層（またはコーティング）の層をエッジ電極の上に載せることができる。すると、エッジ電極は、長時間に及ぶ処理時間に影響されずに維持することができる。
図２Ａは、基板のベベルエッジをクリーニングするためのプロセスフロー２００の実施形態を示している。プロセスは、処理チャンバ内において基板支持部の上に基板を載置する工程２０１から開始する。プロセスは、ガス供給路を通して（１種または２種以上の）クリーニング用ガスを処理チャンバに流し込む工程２０２に続く。工程２０３では、次いで、ＲＦ電源を使用してボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、基板のベベルエッジ付近にクリーニング用プラズマが生成される。基板支持部は、ボトムエッジ電極から基板支持部にＲＦ電力を引き込まないために、誘電体材料で作成されるか、または高い抵抗値の抵抗器１５２に接続されるか、のいずれかである。本発明の別の実施形態にしたがって、ボトムエッジ電極が電気的に接地され、トップ電極がＲＦ電源によって電力を供給されるような、異なるプロセスフローを使用することができる。この構成でも、ベベルエッジをクリーニングするためのクリーニング用プラズマを生成することができる。
図１Ａに示される構成は、チャンバ内部をクリーニングするためにプラズマを生成するためにも使用することができる。チャンバ内部クリーニング時において、基板１５０は、処理チャンバ１００から取り除かれる。したがって、プロセスは、ウエハレス自動クリーニング（ＷＡＣ：waferless autoclean）とも呼ぶことができる。一実施形態では、処理チャンバ内の圧力は、５００ミリトール未満に維持される。より低いチャンバ圧力は、チャンバ内部全体にクリーニング用プラズマを拡散可能にする。ウエハレス自動クリーニング（またはチャンバ内部クリーニングとも呼ばれる）では、絶縁体板１６３と基板１５０との間の距離ＤSが約１．０ｍｍ未満であることを要求する距離要件を満たす必要がなくなる。同様に、トップエッジ電極１１０とボトムエッジ電極１２０との間の間隔ＤEEが約０．５ｃｍから約２．５ｃｍまでの間であることを要求する間隔要件も満たす必要がない。チャンバ内部クリーニング用プラズマは、トップエッジ電極１１０とボトムエッジ電極１２０との間またはトップ絶縁リング１１５とボトム絶縁リング１２５との間に閉じ込められる必要はない。徹底したクリーニングのためには、クリーニング用プラズマは、チャンバ内部全体に拡散する必要がある。
上述のように、ベベルエッジをクリーニングするには、使用されるＲＦ電力の周波数は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの間、または複数の周波数の混合である。チャンバ内部をクリーニングするには、ＲＦ電力の周波数は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの間、または複数の周波数の混合である。チャンバ内部をクリーニングするために使用されるプラズマは、ベベルエッジをクリーニングするために使用されるプラズマより高いプラズマ密度を有するのが普通である。したがって、チャンバ内部をクリーニングするために使用されるＲＦ電力は、ベベルエッジをクリーニングするために使用されるＲＦ電力より高い（１つまたは２つ以上の）周波数を有する。一実施形態では、ＲＦ電源１２３は、二重周波数発電器（dual frequency power generator）である。
ＷＡＣの実施には、チャンバ内部に蓄積される残留物質に応じて異なる化学物質を利用することができる。蓄積される残留物質は、フォトレジスト、または酸化物および窒化物などの誘電体材料、またはタンタル、窒化タンタル、アルミニウム、シリコン、もしくは銅などの導電性材料であってよい。上記の材料は、例に過ぎず、発明の概念は、利用可能なその他の誘電体材料または導電性材料にも適用することができる。
図２Ｂは、基板のベベルエッジをクリーニングするためのプロセスフロー２５０の実施形態を示している。プロセスは、処理チャンバ内に基板があると仮定して、処理チャンバから基板を取り除く随意の工程２５１から開始する。処理チャンバ内に基板（すなわちウエハ）がない場合には、そのままチャンバ内部クリーニング（またはＷＡＣ）を開始させることができる。この状況下では、工程２５１は不要である。プロセスは、ガス供給路を通して処理チャンバに（１種または２種以上の）クリーニング用ガスを流し込む工程２５２に続く。工程２５３では、次いで、ＲＦ電源を使用してボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、処理チャンバの内側にクリーニング用プラズマが生成される。もし、基板支持部１４０が導電性材料で作成されるならば、基板支持部１４０は、基板支持部１４０にＲＦ電力を引き込まないために、約１メガオームを超えるなどの高い抵抗値の抵抗器１５２につなぐことができる。あるいは、基板支持部１４０は、接地することができる。
本発明の別の実施形態にしたがって、ボトムエッジ電極が電気的に接地され、トップ電極がＲＦ電源によって電力を供給されるような、異なるプロセスフローを使用することができる。この構成でも、チャンバ内部をクリーニングするためのクリーニング用プラズマを生成することができる。
ベベルエッジおよびチャンバ内部をクリーニングするための改良された装置と方法とは、基板上またはチャンバ内部のエッチング副生成物および堆積膜の蓄積を低減させ、デバイス歩留まりを向上させる。エッチング化学物質に対して不活性の（１種または２種以上の）材料で作成された薄い誘電体カバーゆえに、ボトムエッジ電極およびトップエッジ電極の腐食が阻止または軽減される。薄い誘電体層でトップエッジ電極およびボトムエッジ電極を覆うことによって、処理チャンバ内の粒子数が低減される。
以上の発明は、理解の明瞭化のために、幾分詳細に説明されてきた。しかしながら、添付の特許請求の範囲内において特定の変更および修正がなされ得ることは明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって非限定的であると見なされ、本発明は、本明細書において定められた詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価形態の範囲内で変更され得る。

Claims (23)

  1. 基板のベベルエッジをクリーニングするように構成されたプラズマ処理チャンバであって、
    前記基板を受けるように構成された基板支持部と、
    前記基板支持部を取り囲むボトムエッジ電極であって、前記ボトムエッジ電極と前記基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いに電気的に絶縁され、前記基板に面する前記ボトムエッジ電極の表面は、ボトム誘電体膜によって覆われる、ボトムエッジ電極と、
    前記基板支持部と向かい合うトップ絶縁体板を取り囲むトップエッジ電極であって、前記トップエッジ電極は電気的に接地され、前記基板に面する前記トップエッジ電極の表面はトップ誘電体膜によって覆われ、前記トップエッジ電極と前記ボトムエッジ電極とは、互いに向かい合い、前記基板の前記ベベルエッジをクリーニングするためにクリーニング用プラズマを生成するように構成される、トップエッジ電極と、を備えるプラズマ処理チャンバ。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記トップ誘電体膜および前記ボトム誘電体膜の厚さは、ともに、約０．０１ｍｍから約１ｍｍまでの間である、プラズマ処理チャンバ。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記ボトムエッジ電極は、ＲＦ電源に接続され、前記トップエッジ電極は、電気的に接地される、プラズマ処理チャンバ。
  4. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記トップエッジ電極は、ＲＦ電源に接続され、前記ボトムエッジ電極は、電気的に接地される、プラズマ処理チャンバ。
  5. 請求項３に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記ＲＦ電源によって供給されるＲＦ電力の周波数は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの間である、プラズマ処理チャンバ。
  6. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
    前記トップエッジ電極を取り囲むとともに前記トップエッジ電極に接続されているトップ絶縁リングであって、前記基板に面する前記トップ絶縁リングの表面は、前記基板に面する前記トップエッジ電極の前記表面と揃っている、トップ絶縁リングと、
    前記ボトムエッジ電極を取り囲むとともに前記ボトムエッジ電極に接続されているボトム絶縁リングであって、前記トップ絶縁リングに面する前記ボトム絶縁リングの表面は、前記トップエッジ電極と向かい合う前記ボトムエッジ電極の前記表面と揃っており、前記トップ絶縁リングと前記ボトム絶縁リングとは、前記トップエッジ電極および前記ボトムエッジ電極によって生成される前記クリーニング用プラズマを閉じ込める、ボトム絶縁リングと、を備えるプラズマ処理チャンバ。
  7. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記ボトム誘電体膜および前記トップ誘電体膜は、前記トップエッジ電極および前記ボトムエッジ電極の腐食を阻止するため、ならびに前記処理チャンバ内の粒子数を低減させるために、前記クリーニング用プラズマに対して不活性の材料で作成される、プラズマ処理チャンバ。
  8. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記材料は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群より選択される、プラズマ処理チャンバ。
  9. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記ボトムエッジ電極または前記トップエッジ電極から最寄りの接地までの距離の、前記トップエッジ電極と前記ボトムエッジ電極との間の距離に対する比は、約４：１より大きい、プラズマ処理チャンバ。
  10. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記基板支持部は、導電性材料で作成され、約１メガオームより大きい抵抗の抵抗器に接続されている、プラズマ処理チャンバ。
  11. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記絶縁体板と、前記絶縁体板に面する前記基板の表面と、の間の距離は、約１ｍｍ未満である、プラズマ処理チャンバ。
  12. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記トップエッジ電極と前記ボトムエッジ電極との間の距離は、約０．５ｃｍから約２．５ｃｍまでの間である、プラズマ処理チャンバ。
  13. 処理チャンバ内において基板のベベルエッジをクリーニングする方法であって、
    前記処理チャンバ内において基板支持部の上に基板を載置することと、
    前記処理チャンバにクリーニング用ガスを流し込むことと、
    ＲＦ電源によってボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、前記基板の前記ベベルエッジをクリーニングするために、前記ベベルエッジ付近にクリーニング用プラズマを生成することと、を備え、
    前記ボトムエッジ電極は、前記基板支持部を取り囲み、前記ボトムエッジ電極と前記基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いに電気的に絶縁され、前記基板に面する前記ボトムエッジ電極の表面は、ボトム誘電体膜によって覆われ、前記トップエッジ電極は、前記基板支持部と向かい合う絶縁体板を取り囲み、前記基板に面する前記トップエッジ電極の表面は、トップ誘電体膜によって覆われる、方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記ボトム誘電体膜および前記トップ誘電体膜は、前記トップエッジ電極および前記ボトムエッジ電極の腐食を阻止するためならびに前記処理チャンバ内の粒子数を低減させるために、前記クリーニング用プラズマに対して不活性の材料で作成される、方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記材料は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群より選択される、方法。
  16. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記基板支持部は、前記ボトムエッジ電極に接続された前記ＲＦ電源からＲＦ電力を引き込まないために、高い抵抗率を有するように構成される、方法。
  17. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記基板の表面と、前記基板支持部と向かい合う前記絶縁体板と、の間の距離は、プラズマが前記基板の前記エッジから離れた前面に形成されないように、１ｍｍ未満である、方法。
  18. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記クリーニング用ガスは、酸素含有ガスまたはフッ素含有ガスのいずれかを含む、方法。
  19. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、
    前記トップエッジ電極と前記ボトムエッジ電極との間の距離を約０．５ｍｍから約２．５ｃｍまでの間に維持することを備える方法。
  20. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記クリーニング用プラズマを前記ベベルエッジ付近に閉じ込めるために、前記ボトムエッジ電極または前記トップエッジ電極から最寄りの接地までの距離の、前記トップエッジ電極と前記ボトムエッジ電極との間の距離に対する比は、約４：１より大きい、方法。
  21. 処理チャンバのチャンバ内部をクリーニングする方法であって、
    前記処理チャンバから基板を取り除くことと、
    前記処理チャンバにクリーニング用ガスを流し込むことと、
    ＲＦ電源によってボトムエッジ電極に電力を供給し、トップエッジ電極を接地することによって、前記チャンバ内部をクリーニングするために前記処理チャンバ内にクリーニング用プラズマを生成することと、を備え、
    前記ボトムエッジ電極は、基板支持部を取り囲み、前記ボトムエッジ電極と前記基板支持部とは、ボトム誘電体リングによって互いに電気的に絶縁され、前記基板に面する前記ボトムエッジ電極の表面は、ボトム誘電体膜によって覆われ、前記トップエッジ電極は、前記基板支持部と向かい合う絶縁体板を取り囲み、前記基板に面する前記トップエッジ電極の表面は、トップ誘電体膜によって覆われる、方法。
  22. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記ボトム誘電体膜および前記トップ誘電体膜は、前記トップエッジ電極および前記ボトムエッジ電極の腐食を阻止するため、ならびに前記処理チャンバ内の粒子数を低減させるために、前記クリーニング用プラズマに対して不活性の材料で作成される、方法。
  23. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記材料は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群より選択される、方法。
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