JP5138700B2 - 容量結合プラズマプロセスチャンバにおけるガスフローコンダクタンス制御のための装置および方法 - Google Patents

Description

集積回路は、パターン化されたマイクロエレクトロニクスの層の上部に形成されたウエハや基板から形成されている。基板のプロセスにおいて、プラズマは、フィルムの意図された箇所をエッチングするか、もしくは、基板上のフィルムをデポジションするために用いられることが多い。次世代のマイクロエレクトロニクス層における新材料の実装やフィーチャサイズの縮小は、プラズマプロセスの機器について新たな要求を有している。より小さなフィーチャと、より大きな基板サイズと、デュアル・ダマシン・エッチング技術等の新たなプロセス技術は、よりよい歩留まりのために、プラズマ密度や基板に渡る不均一性等のプラズマパラメータの正確な制御を要求する。

基板を支持するように構成された下部の電極と反対側に配置された上部の電極を含むプラズマプロセスチャンバにおけるガスフローコンダクタンス制御のための装置の実施形態が提供される。その装置は、下部の電極を同心円状に取り囲むように構成されたグランドリングと、内部に形成された第１のスロットセットを含むグランドリングと、バイパスチョークリングと、グランドリングとバイパスチョークリングの上部に構成され、内部に形成された第２のスロットセットを含むカバーリングと、オン状態とオフ状態との間で第１および第２のスロットセットとを通してガスフローコンダクタンスを制御するためにグランドリングに相対してバイパスチョークリングを動かすように構成された機構を含む。（ｉ）オン状態においては、第１および第２のスロットセットを通してガスが流れることができるように、第１のスロットセットが第２のスロットセットと流体連結され、（ｉｉ）オフ状態においては、第１および第２のスロットセットを通してガスが流れることができないように、第１のスロットセットがバイパスチョークリングによって遮られる。

基板を支持するように構成された下部の電極と反対側に配置された上部の電極を含むプラズマプロセスチャンバにおけるガスフローコンダクタンス制御のための他の装置の実施形態が提供される。その装置は、下部の電極を同心円状に取り囲むように構成され、内部に形成された第１のスロットセットを含むグランドリングと、内部に形成された第２のスロットセットを含む静止したカバーリングと、グランドリングとカバーリングとの間に配置され、内部に形成された第３のスロットセットを含むバイパスチョークリングと、オン状態とオフ状態との間で第１、第２および第３のスロットセットを通してガスフローコンダクタンスを制御するために、第１と第２のスロットセットとの間での重なり量を変化させるように、グランドリングに相対してバイパスチョークリングを回転するように構成された機構を含む。（ｉ）オン状態においては、第１、第２および第３のスロットセットを通してガスが流れることができるように、第１のスロットセットが第３のスロットセットと流体連結され、（ｉｉ）オフ状態において、第１、第２および第３のスロットセットを通してガスが流れることができないように、第１のスロットセットがバイパスチョークリングによって遮られる。

基板を支持するように構成された下部の電極と反対側に配置された上部の電極を含むプラズマプロセスチャンバにおけるガスフローコンダクタンス制御のための他の装置の実施形態が提供される。その装置は、下部の電極を同心円状に取り囲むように構成された静止したグランドリングと、内部に形成された第１のスロットセットを含むグランドリングと、グランドリング上に構成され、内部に形成された第２のスロットセットを含むカバーリングと、上部に形成された突出部を含み、第２のスロットセットのそれぞれが第１のスロットセットの対応する１つと整列したバイパスチョークリングと、各突起部と対応する第１のスロットを定義する内側の面との間の間隔が第１および第２のスロットセットを通してのガスフローコンダクタンスを判定し、オン状態とオフ状態との間で第１および第２のスロットセットを通してのガスフローコンダクタンスを変化させるための間隔を調整するために、グランドリングに相対してチョークリングを動かすように構成された機構を含む。（ｉ）オン状態においては、第１および第２のスロットセットを通してガスが流れることができるように、第１のスロットセットが第２のスロットセットと流体連結され、（ｉｉ）オフ状態においては、第１および第２のスロットセットを通してガスが流れることができないように、第１のスロットセットがバイパスチョークリングによって遮られる。

ＣＣＰリアクタチャンバの構成の概要を示す図である。 一実施形態におけるＣＣＰチャンバの断面図の概要を示す図である。 図２における領域Ａの拡大図を示す図である。 、 、 、 図３Ａに示す構造におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置の構成の概要を示す図である。 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置の構成の概要を示す図である。 、 、 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置の構成の概要を示す図である。 、 、 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置を示す図である。 、 、 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置を示す図である。 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置を示す図である。 他の実施形態におけるガスフローコンダクタンス制御のための装置を示す図である。

容量結合ＲＦプラズマ（ＣＣＰ）リアクタもしくはチャンバにおいて、プラズマは、２つの反対方向にある上部と下部の電極の間の空隙において生成される。図１は、基板を処理するためのＣＣＰリアクタチャンバ１００の実施形態を示す。叙述されるように、下部の電極アセンブリは、フォーカスリング１０８と、チャンバの動作中に決まった場所に基板１０６を支持するためのチャック１０４とを含む。チャック１０４は、例えば、静電チャックであることもでき、ＲＦ電源１１０によってＲＦ電力を供給される。上部電極アセンブリは、上部電極１１４とバッフルもしくはシャワーヘッド１１６とを含む。上部電極１１４は、グランドされることができ、動作中に他のＲＦ電源１２０によって電源供給されることができる。ガスフローは、コンジット１２２を介して供給され、バッフル１１６を通して通っていく。

ガスは、空隙１２６において電気的にプラズマに励起される。プラズマは、閉じ込めリング１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃによって閉じ込められる。ガスは、複数のリング１０２の間の間隔／空隙１２４を通して通っていき、真空ポンプによって壁１１８を通してチャンバから排出される。プラズマ特性は、空隙１２４を通して通っていくガスフローレートによって影響される。バッフル１１６から排出までのフロー経路全体のガスフローコンダクタンスは、リングの数と複数のリング間の空隙のサイズを含む幾つかの要因に依存している。１つの実施形態において、空隙１２４は調整されることができ、空隙制御機構（図１には不図示）によって制御される。

基板のプラズマ処理のための幾つかのプロセスにおいて、プロセスの少なくとも１以上のステップは、空隙制御機構の最大容量を超えるフローコンダクタンスを要求することが決定されていた。そのようなプロセスにおいて、基板は、チャンバからアンロードされることを必要としてもよいし、そのようなフローコンダクタンスレベルが達成されるように他のチャンバで処理されてもよい。この問題を考慮して、装置は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタもしくはチャンバにおける拡張された可変のガスフローコンダクタンスを提供するように動作可能に提供される。装置は、プラズマ処理チャンバに広範囲のプラズマ状態を提供させる。

図２は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタもしくはチャンバ２００の一部の実施形態の一例を示す図である。チャンバ２００は、チャンバ２００において拡張された可変のガスフローコンダクタンス範囲を提供する装置に備えられる。チャンバ２００は、上部電極アセンブリ２０２とプラズマ処理中に決まった位置に基板を支持する下部電極アセンブリ２０４とを含む。上部と下部の電極アセンブリ２０２、２０４は、間隙もしくは空隙２０８によって相互に分離されている。チャンバ壁２１４は、ドアもしくは、基板がチャンバ２００においてアンロード／ロードされていくゲート２１６を含む。

上部電極アセンブリ２０２は、シャワーヘッド電極のようなガス分布メンバ２０３を含み、それを通して、プロセスガスが空隙２０８に供給される。空隙２０８に供給されたプロセスガスは、下部電極アセンブリ２０４に供給されたＲＦ電源によりプラズマに励起される。空隙２０８におけるプラズマは、ウエハ領域圧力（ＷＡＰ）／多数の閉じ込めリング２０７を含む閉じ込めリングアセンブリ２０６によって閉じ込められる。装置は、複数の閉じ込めリング用の空隙制御機構を含むことができる。空隙２０８における中立のガス種は、一般的に水平方向における複数の閉じ込めリング２０７の間の間隙を通して通っていき、チャンパ空間２１０に入る。ガスは、壁２１４に結合した真空ポンプ２１２によってチャンバ空間２１０から排出される。

ガス分布メンバ２０３からチャンバ空間２１０までのガスフローレートは、空隙２０８における圧力に影響を及ぼす。ガスフローレートを上げるために、付加的なガスフローコンダクタンス経路もしくは回路が、複数の閉じ込めリング２０７の間の空隙を通してガス分布メンバ２０３からチャンバ空間２１０までの経路に（並行して）備えられる。

図３Ａは、図２に示す領域Ａの拡大図を示しており、グランドリング３１４におけるバイパススロット３１２ａ、３１２ｂ（以下、リング３１２として集合的に参照する）のガスフローコンダクタンス制御のための機構を図示している図３Ｂは、機構３２０の側面図を示す。図３Ｃおよび図３Ｄは、機構３２０、バイパスチョークリング３０８、グランドリング３１４の上部平面図の部分的に外部の一部を切り取った図を示す。そこでは、スロットが構成されたグランドカバーリング３０４（図３Ａ）は、図解の目的のために除かれている。図３Ａ−３Ｄに叙述されるように、下部電極アセンブリは、グランドリング３１４、グランドリング３１４に形成されたリング形状チャネルにマウントされたバイパスチョークリング３０８と、カバーリング３０４を含む。好ましくはＰＴＦＥ等で形成されている複数のボール３１６は、チョークリング３０８の移動の際に、グランドリング３１４とチョークリング３０８の回転摩擦を低減するために用いられる。図３Ｅは、バイパスチョークリング３０８の上部平面図を示し、チョークリング３０８の放射状の方向に広がる複数のスロット３１０ａ、３１０ｂ（以下、スロット３１０として集合的に参照する）を含む。同様に、カバーリング３０４とグランドリング３１４は各々、スロット３０６ａ、３０６ｂ（以下、スロット３０６として集合的に参照する）と、スロット３１０と類似のスロット３１２ａ、３１２ｂを含む。スロット３０６、３１０、３１２は、例えば、長方形や台形等の適切な形状を有することができる。グランドリング３１４は、例えば、アルミニウムのような伝導性のある材料でできており、カバーリング３０４は、クオーツのような絶縁体の材料でできている。また、チョークリング３０８は、クオーツやＳｉＣのような絶縁体の材料でできている。

カバーリング３０４とグランドリング３１４は、バイパスチョークリング３０８がカバーリング３０４とグランドリング３１４に相対して回転することができる間は、静止している。カバーリング３０４とグランドリング３１４に形成されているバイパススロット３０６と３１２は、上部から見たときに、相互に整列されている。そこでは、スロット３０６ａ、３１２ａ、３０６ｂ、３１２ｂの各ペアは、見通し列を形成している。制御機構３２０は、スロット３０６、３１０、３１２を通してのガスフローを制御するために静止したカバーリング３０４とグランドリング３１４と相対してバイパスチョークリング３０８を回転するように動作可能である。

閉じ込めリングアセンブリ（もしくはＷＡＰリングアセンブリ）２０６は、ＷＡＰリング３００と多数の閉じ込めリング３０２を含む。以下、「閉じ込めリング」と「ＷＡＰリング」という用語は、交互に用いる。閉じ込めリングアセンブリ２０６は、例えば、ＣＡＭリングに結合されたプランジャー３０３のような、適切な駆動機構によって矢印３０１の方向に動かされる。矢印３０１の方向は、３つのリング３０４、３０８、３１４の軸方向に平行であってもよい。ＣＡＭリングのより詳細な叙述は、その内容全体を参照として組み入れられ、共通に所有されるUS Patent 6,019,060に見い出される。閉じ込めリングアセンブリ２０６は、機構３２０に結合される。機構３２０は、駆動ロッドもしくはバー３２４、シャフト３２８を軸として旋回するレバー３３２と、シャフト３２８に対して固定された長アーム３３０を含む。シャフト３２８の軸は、グランドリング３１４の軸方向に対して垂直であってもよい。平衡錘３２６は、レバー３３２の一端に設けられており、駆動部品３２２は、レバー３３２の他の一端に設けられている。駆動部品３２２は、平衡錘３２６上で作用する重力により、駆動ロッド３２４の下部の先端に対して押し付けられる。

閉じ込めリングアセンブリ２０６が上方に移動するとき、駆動ロッド３２４も上方に移動する。その後、平衡錘３２６の力により、レバー３３２は時計方向に回転し（図３Ｂ）、アーム３３０の先端は矢印３３４の方向に移動する。その後、アーム３３０は、方向３３４にバイパスチョークリング３０８を回転し、その結果、ガスフロー通路が３つのスロットセットを通して形成されるように、バイパススロット３１０が他のスロット３１２と３０６と整列する。図３Ｃは、完全にオンのガスフロー状態における機構３２０の構成を示す。図３Ｃにおいて、スロットが構成されたカバーリング３０４は、図解のため除かれている。このように、機構３２０の動作は、スロット３０６、３１０、３１２を通して、付加的なガスフローコンダクタンス経路を提供する。

閉じ込めリングアセンブリ２０６が下方に移動するときに、駆動ロッド３２４も駆動部品３２２を下方に押す。その後、レバー３３２は反時計方向に回転し、アーム３３０の先端は矢印３３６の方向に移動する（図３Ｂ）。その後、バイパスチョークリング３０８は方向３３６に移動し、それにより、部分的にバイパススロット３０６と３１２を塞ぐ。駆動部品３２２が最も下部の位置にあるとき、バイパススロット３０６と３１２は、完全にバイパスチョークリング３０８により図３Ｄに叙述されるように塞がれる。図３Ｄは、ガスフローのオフ状態における機構３２０の構成を示す。

スロット３０６、３１０、および、３１２は、相互に整列する際に、ガスフローの通過を提供することができるような様々な形状とサイズを有することができる。図３Ｆは、バイパスチョークリング３６０の別の実施形態の上面図である。叙述されるように、チョークリング３６０は、その円周方向に沿って配置されたスロット３６２の列を有する。実施形態において、カバーリングおよびグランドリングは、チョークリング３６０と同じようにスロット構造を有することができる。

図４Ａ−７に示す実施形態において、図解の目的のために、各典型的なカバーリング、チョークリング、および、グランドリングは、１列もしくは２列のスロット列のいずれかを含むように示されている。しかしながら、他の実施形態においては、それら３つのリングのそれぞれは、他の適切な列数と各列におけるスロット数とを有することができる。

図４Ａは、他の典型的な実施形態に関するチョークリング制御機構４２０を含む装置を示す。図４Ｂおよび４Ｃは、機構４２０、バイパスチョークリング４０８、および、グランドリング４１４の上面図の一部を切り取った図を示す。それらの図において、スロットが構成されたカバーリング４０４（図４Ａ）は、図解の目的のために除かれている。図３Ａに示す実施形態と同様に、下部電極アセンブリは、グランドリング４１４、グランドリング４１４において形成されたリング状のチャネルにマウントされたバイパスチョークリング４０８、および、スロットが構成されたカバーリング４０４を含む。実施形態において、チョークリング４０８がカバーリング４０４とグランドリング４１４に相対して回転される間、グランドリング４１４とカバーリング４０４は静止している。リング４０４、４０８、４１４は、図３Ａに示すそれぞれのリングと同じ材料で作られている。図４Ａに示すように、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、ＣＡＭリングのような適切な機構により矢印４０１の方向に移動され、機構４２０に結合されている。好ましくは、ＰＴＦＥ等で形成されている複数のボール４１６は、チョークリング４０８の移動の際に、グランドリング４１４とチョークリング４０８との間の回転摩擦を低減するために用いられる。

機構４２０は、閉じ込めリングアセンブリ２０６に結合され、テーパ部４２４を有する駆動ロッド４２２と、ＣＡＭリングに対して駆動ロッド４２２と閉じ込めリングアセンブリ２０６を弾性的に押し付けるための駆動スプリング４２６と、ポイント４３８を軸として旋回するレバー４３０と、レバー４３０に対して固定された一端を有するアーム４３３と、テーパ部４２４の側面に対してレバー４３０を弾性的に押し付けるためのレバースプリング４３４と含む。テーパ部４２４の側面は、レバー４３０とスライドするように接触している。スプリング４２６は任意である。ＣＡＭリングアセンブリ２０６は、U.S. Patent No.6,019,060に詳述されているように、ＣＡＭリングに対して閉じ込めリングアセンブリ２０６を弾性的に押し付けるためのスプリングを含むことができる。

動作において、駆動ロッド４２２が下方、好ましくは、グランドリング４１４の軸方向に移動されるように、テーパ状部分４２４の側面は、レバー４３０を軸４４０上に反時計回り方向（上部から見たとき）に回転させることで、レバー４３０を横向きに移動させる。軸４４０は、グランドリング４１４の軸方向に平行となるように方向を合わせる。レバー４３０が回転すると、アーム４３３とアーム４３３に結合されたバイパスチョークリング４０８は、矢印４３２の方向に回転する（図４Ｂ）。この回転中、スロット４１０が図４Ｂで叙述される位置で完全に遮られるまで、チョークリング４０８のバイパススロット４１０は、カバーリング４０４とグランドリング４１４により次第に遮られる（覆われる）。

駆動ロッド４２２が上方に移動すると、レバー４３０は矢印４３６の方向にチョークリング４０８を向けるように回転する（図４Ｃ）。駆動ロッド４２２が動作の上限に達したときに、スロット４０６、４１０、および、４１２は相互に整列し、機構４２０は、図４Ｃに叙述するようにスロット４０６、４１０、および、４１２を通して最大ガスフローコンダクタンスを提供する。

図５Ａは、他の典型的な実施形態において、チョークリング制御機構５２０を含む装置を示す。図示された実施形態において、下部電極アセンブリは、図３Ａに示す実施形態の構成と類似の構成を有する。図５Ａに叙述されるように、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、矢印５０２の方向、好ましくは、適切な機構によりグランドリング５１４の軸方向に動く。機構５２０は、チョークリング５０８を制御するように動作可能である。機構５２０は、閉じ込めリングアセンブリ２０６に接続された駆動ロッド５２４と、スプリング５２８により駆動ロッド５２２に対して弾性的に押し付けられる第１の駆動部品５２４と、第１の駆動部品５２４が方向５０２に移動するとき軸５３３上に回転するように構成され、第１の駆動部品５２４に結合された第２の駆動部品５３０と、第２の駆動部品５３０に対して固定されたアーム５３２とを含む。軸５３３は、グランドリング５１４の軸方向に実質的に平行に向かっていても良い。機構５２０も、同様に、グランドリング５１４に対して固定され、第１の駆動部品５２４のための機構的な支持を提供する支持部品５２６と、スプリング５２８とを含む。第１および第２の駆動部品５２４、５３０は、線形の動きを回転の動きに変換するための機構を形成している。例えば、第１および第２の駆動部品５２４、５３０は、叙述されるようにギヤの対とすることもできる。

閉じ込めリングアセンブリ２０６が方向５０２に動いたとき、アーム５３２とアーム５３２に結合されたバイパスチョークリング５０８（スロット５１０ａ、５１０ｂを備える）は、静止したグランドリング５１４（スロット５１２ａ、５１２ｂを備える）とスロットが構成されたカバーリング５０４（スロット５０６ａ、５０６ｂを備える）に相対して回転する。図５Ｂは、チョークリング５０８により塞がれたスロット５０６ａを備えるカバーリング５０４の上面図を示す。このスロット構造は、オフのガスフロー状態である。図５Ｃは、ガスフロー通路を形成する他のスロット５１０ａと５１２ａと整列したスロット５０６ａを有するカバーリング５０４の上面図を示す。このスロット構成は、完全にオンのガスフロー状態である。機構５２０は、チョークリング５０８を制御するように動作可能であり、オフ状態と叙述された完全にオン状態との間の、例えば、グランドリングにおけるスロット５１２が部分的にチョークリング５０８によって重なった状態の、可変のガスフローコンダクタンスを提供する。言い換えると、オン状態は、完全にオンから部分的にオンまでを網羅することができる。

図２−５Ｃに示されるガスフロー制御のための機構の典型的な実施形態は、ＣＡＭリング（簡潔のため、不図示）により駆動される。ＣＡＭリングは、例えば、チャンバ圧力を計測するように動作可能な圧力センサからの圧力センサ信号に応答する適切な制御機構により制御されることができる。圧力センサ、ＣＡＭ制御機構と、図２−５Ｃに示されるチョークリング制御機構のそれぞれは、上部と下部の電極アセンブリの間の空隙５５０におけるプラズマ圧力の正確な制御のためにフィードバック制御システムを形成することができる。

図６Ａは、他の典型的な実施形態に従うチョークリング制御機構６２０を含む装置を示す。叙述されるように、下部電極アセンブリは、図３Ａに示される実施形態の構成に類似の構成を有する。閉じ込めリングアセンブリは、機構６２０と連動して任意に用いられることができる。機構６２０は、ガスフローコンダクタンスを制御するためにチョークリング６０８を制御する。機構は、ロータ６２３とロータ６２３に結合されたＬ状のアーム６２４とを有するモータ６２２とチョークリング６０８とを含む。

モータ６２２がロータ６２３とアーム６２４を回転すると、チョークリング６０８（スロット６１０ａ、６１０ｂを備える）は、静止したグランドリング６１４（スロット６１２ａ、６１２ｂを備える）とスロットが形成されたカバーリング６０４（スロット６０６ａ、６０６ｂを備える）に相対して回転する。モータ６２２は、高精度ステッピングであってもよく、グランドリング６１４に対して固定されているか、若しくは、近くに位置できるように小規模であっても良い。

モータ６２２は、モータ制御デバイス、若しくは、モータコントローラ６３０により制御される。モータ制御デバイス６３０は、チャンバ圧力を計測するための圧力センサ６３２からのとりわけ圧力センサ信号に応答する。圧力センサ６３２、モータ制御デバイス６３０、および、チョークリング制御機構６２０は、空隙６４０におけるプラズマ圧力の正確な制御のためにフィードバックシステムを形成することができる。

図６Ｂは、オフ状態におけるチョークリング６０８により遮られるスロット６０６ａを備えるカバーリング６０４の上面図を示す。図６Ｃは、完全なオン状態におけるガスフロー通路を形成するために、他のスロット６１０および６１２と整列したスロット６０６ａを備えるカバーリング６０４の上面図を示す。しかしながら、機構６２０は、示された２つの状態の間、例えば、グランドリング６１４が部分的にチョークリング６０４により重なる状態のスロットを通して可変のガスフローコンダクタンスを提供する。言い換えると、オン状態は、完全なオンから部分的なオンまでを網羅することができる。

図７は、他の典型的な実施形態に従うチョークリング制御機構７１０を含む装置を示す。実施形態において、下部電極アセンブリ７０２は、図３Ａに示される実施形態のものと類似である。その実施形態において、下部電極アセンブリと上部電極アセンブリは、簡略化のため不図示であるが、下部電極アセンブリ７０２に供給されるＲＦ電源によりプロセスガスがプラズマ状態に励起される空隙７０３を定義する。閉じ込めリングアセンブリは、機構７１０と連動して任意に用いられる。カバーリング７０４とグランドリング７０６は、静止している。チョークリング７０５は、リング７０４、７０６におけるスロットを通してガスフローコンダクタンスを制御するために、カバーリング７０４とグランドリング７０６に相対して回転する。

叙述されるように、機構７１０は、アームユニット７１４ａ、７１４ｂ、７１４ｃ（以下、アームユニット７１４として集合的に参照する）と、矢印７１１の方向にアームユニット７１４を駆動するための空気圧シリンダ７１２と、動作変換機構７０８を含む。他の実施形態において、アームユニット７１４の部品は、インテグラル・ボディとして形成されることができる。動作変換機構７０８は、アームユニット７１４とチョークリング７０５に結合され、アームユニット７１４の線形動作をチョークリング７０５の回転動作に変換するように動作可能である。本実施形態において、機構７０８は、機構３２０、４２０および５２０に類似することができる。例えば、機構３２０、４２０および５２０の他の部品が底側から延びる部品７１４ｃを収容するように方向を合わせられている間、コンポーネント７１４ａは、駆動ロッド３２４、４２２および５２２の代わりに用いられることができる。

他の実施形態において、電気ソレノイドは、アーム制御デバイス７１６により制御されることができる。アーム制御デバイス７１６は、電気ケーブル７１８を通して制御信号を受信することができる。ケーブル７１８は、同様に、チャンバ圧力を計測するための圧力センサからの圧力センサ信号を含むことができる。チョークリング制御機構７１０、圧力センサ、および、アーム制御デバイス７１６は、空隙７０３においてプラズマ圧力の正確な制御のためにフィードバック制御システムを形成することができる。

図８は、他の実施形態に従うガスフローコンダクタンスを制御するための装置８００を示す。叙述されるように、上部電極アセンブリは、プロセスガスを空隙８６２に分布させるためのシャワーヘッド構成を有する上部電極８０４と、上部電極８０４を取り囲む上部のグランドリング８０６を含む。下部電極アセンブリ８０８は、プラズマ処理中に決まった位置に基板を支持するための静電チャック８１０と、シリコンで形成されることができる上部のホットエッジリング８１２と、クオーツで形成されることができる誘電体のアウターリング８１４と、空隙８６２におけるプラズマからグランドリング８２４を守るためのインナーカバーリング８１６とを含む。簡略化のため、上部および下部の電極アセンブリ８０４、８０８の他の部品は、図８において示されていない。しかしながら、機構８００がアセンブリと連動して動作できる限りにおいて、他のタイプの上部および下部の電極アセンブリが、その実施形態とともに実施されることができる。

空隙８６２におけるプラズマは、ＷＡＰリング８４０と複数の閉じ込めリング８４２を含む閉じ込めリングアセンブリ８３９によって制限される。空隙８６２における中立の種類は、リング８４０、８４２の間の空隙を通して通っていき、矢印８５２の方向に流れる。

図示された装置８００は、付加的なガスフローコンダクタンス経路を提供し、複数のスロット８２２を備えたスロットが形成されたカバーリング８２０と、スロット８２２と整列した複数のスロット８２５を備えたグランドリング８２４と、上部に形成された複数の突出部８３４を有するバイパスチョークリング８３０とを含む。

チョークリング８３０は、適切な駆動機構により矢印８５２の方向に移動可能であり、その結果、スロット８２２を通してのガスフローレートを制御するために、突出部８３４の間の間隔とスロット８２２および８２５（例えば、フロー経路）の内部面が制御されることができる。例えば、１つの実施形態において、閉じ込めリングアセンブリ８３９に結合されたバー８５０もしくは少なくとも１つの駆動ロッドは、チョークリング８３０を駆動させる。他の実施形態において、図７に示される実施形態における部品７１４Ｃに類似したアームユニット８５４は、チョークリング８３０に結合され、チョークリング８３０を駆動するように動作する。カバーリング８２０のスロット８２２は、図３Ｅに示される実施形態におけるスロット３１０に類似している。代わりに、スロット８２２が同心リングを形成でき、突出部が上部から見た際に同心リングとすることもできる。

一般的に、上部および下部の電極アセンブリの間の８６２のような空隙領域の量は、８６０のようにチャンバ空間のものと比較して比較的小さい。基板のエッチングレートが空隙においてプラズマにより直接影響されるのと同様に、閉じ込めリングアセンブリは、チャンバハードウエアに主な物理的変更なしに、空隙の全範囲において、小量の圧力制御およびプラズマ制限を可能にする。また、空隙量が小さく、ガスフローコンダクタンスが図３Ａ−８において示されるようにバイパススロットにより増加すると、プラズマ状態は、プラズマ処理チャンバにおいて迅速、正確に制御されることができる。

本発明は、特定の実施形態を参照して詳述される一方で、添付された請求項の範囲を逸脱しない範囲で様々な変更や修正がされることができ、等価物が用いられることは、当業者にとって明らかであろう。

Claims (29)

1. 基板を支持するように構成された下部電極と反対側に配置された上部電極を含むプラズマ処理チャンバにおけるガスフローコンダクタンスを制御するための装置であって、
   前記下部電極を同心円状に取り囲むように構成され、内部に形成された第１のスロットセットを含むグランドリングと、
   バイパスチョークリングと、
   前記グランドリングと前記バイパスチョークリングの上部に配置され、内部に形成された第２のスロットセットを含むカバーリングと、
   （ｉ）ガスが前記第１および第２のスロットセットを通して流れることができるように、前記第１のスロットセットが、前記第２のスロットセットと流体連結されたオン状態と、（ｉｉ）ガスが前記第１および第２のスロットセットを通して流れることができないように、前記第１のスロットセットが、前記バイパスチョークリングによって遮られるオフ状態との間で、前記第１および第２のスロットセットを通してガスフローコンダクタンスを制御するために、前記グランドリングに相対して前記バイパスチョークリングを動かすように構成された機構と、
   を備える装置。
2. 前記グランドリングと前記カバーリングは、静止しており、前記第１のスロットセットは、前記第２のスロットセットに対して整列している、請求項１に記載の装置。
3. 前記カバーリングと前記バイパスチョークリングのそれぞれは、誘電体材料で形成され、前記グランドリングは、伝導材料で形成されている、請求項１に記載の装置。
4. 前記カバーリングと前記バイパスチョークリングは、クオーツ、若しくは、ＳｉＣで形成され、前記グランドリングは、金属で形成されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記機構は、
   駆動ロッドと、
   前記駆動ロッドに結合され、前記グランドリングの軸方向に前記駆動ロッドを動かすように動作する駆動システムと、
   を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記駆動システムは、前記上部電極と前記下部電極との間で定義される空隙を取り囲むように構成された閉じ込めリングアセンブリを含み、少なくとも１つの閉じ込めリングを含み、前記閉じ込めリングアセンブリは、前記閉じ込めリングの間の空隙を通してガスフローを制御するために、前記グランドリングの前記軸方向に移動可能である、請求項５に記載の装置。
7. 前記プラズマ処理チャンバにおけるガス圧力を計測し、センサ信号を送信するための圧力センサと、
   前記センサ信号に応答し、前記駆動システムを制御するための制御信号を送信するように動作する制御デバイスと、
   をさらに含む請求項５に記載の装置。
8. 請求項１に記載の装置を用いて、フローコンダクタンスを制御する方法であって、
   請求項１に記載の装置を含む前記プラズマ処理チャンバに半導体基板を支持する工程と、
   前記上部および下部電極の間の空隙に、プロセスガスを供給する工程と、
   前記プロセスガスをプラズマに励起する工程と、
   前記第１のスロットセットを通してガスフローレートを制御するように前記機構を操作する工程と、
   を含む方法。
9. 基板を支持するように構成された下部電極の反対側に配置された上部電極を含むプラズマ処理チャンバにおけるガスフローコンダクタンスを制御するための装置であって、
   前記下部電極を同心円状に取り囲むように構成され、内部に形成された第１のスロットセットを含む静止したグランドリングと、
   内部に形成された第２のスロットセットを含む静止したカバーリングと、
   前記グランドリングと前記カバーリングとの間に配置され、内部に形成された第３のスロットセットを含むバイパスチョークリングと、
   （ｉ）ガスが前記第１、第２、および、第３のスロットセットを通して流れることができるように、前記第１のスロットセットが、前記第３のスロットセットと流体連結されたオン状態と、（ｉｉ）ガスが前記第１、第２、第３のスロットセットを通して流れることができないように、前記第１のスロットセットが、前記バイパスチョークリングによって遮られるオフ状態との間で、前記第１、第２、および、第３のスロットセットを通してガスフローコンダクタンスを制御するために、前記第１と第３のスロットセットの間での重なり量を変えるために、前記グランドリングに相対して前記バイパスチョークリングを回転するように構成された機構と、
   を含む装置。
10. 前記バイパスチョークリングと前記グランドリングとの間に入れられた少なくとも１つのボールをさらに含み、前記ボールは、前記バイパスチョークリングが前記機構により前記グランドリングおよびカバーリングに相対して回転するときに、間の回転摩擦を低減するように動作する、請求項９に記載の装置。
11. 前記機構は、
    駆動ロッドと、
    前記駆動ロッドに結合され、前記グランドリングの軸方向に前記駆動ロッドを動かすように動作する駆動システムと、
    を含む、請求項９に記載の装置。
12. 前記駆動システムは、空気圧シリンダもしくは電気ソレノイドである、請求項１１に記載の装置。
13. 前記駆動ロッドは、前記駆動システムに結合された第１の一端と第２の一端とを含み、
    前記機構は、
    前記グランドリングに対して回転自在に固定され、前記グランドリングの前記軸方向に実質的に垂直である回転軸を有するシャフトと、
    前記シャフトの一端に対して固定された一端と、前記バイパスチョークリングに結合された他の一端とを有する長アームと、
    第１の一端と第２の一端を有し、前記第１の一端と前記第２の一端との中間で前記シャフトに対して固定されているレバーと、
    前記レバーの前記第１の一端に取り付けられた平衡錘と、
    前記レバーの前記第２の一端に取り付けられ、前記平衡錘により前記駆動ロッドの前記第１の一端に対して押し付けられる駆動部品と、
    をさらに含み、
    前記駆動ロッドが前記グランドリングの前記軸方向に前記駆動システムにより動かされる場合に、前記駆動ロッドは、前記シャフトの前記回転軸に沿って前記レバーを振動し、前記シャフトおよび前記長アームを前記シャフトの前記回転軸に沿って回転させ、前記バイパスチョークリングを前記グランドリングに相対して回転させる、請求項１１に記載の装置。
14. 前記駆動ロッドは、前記駆動システムに結合された第１の一端と、前記第１の一端の反対側のテーパ終端部とを含み、
    前記機構は、
    第１および第２の終端部を含み、前記グランドリングの前記軸方向に対して実質的に平行とされた軸の周りに、前記第１および第２の終端部の中間で前記グランドリングに対して旋回し、前記第２の終端部は、前記駆動ロッドの前記テーパ終端部にスライドするように接触しているレバーと、
    前記レバーの前記第１の終端部に対して固定された一端と、前記バイパスチョークリングに結合された他端を有する長アームと、
    前記グランドリングと前記レバーに対して各々固定された２つの一端を有し、前記駆動ロッドの前記テーパ終端部に対して前記レバーの前記第２の終端部を弾性的に押し付けるように動作する第１のスプリングと、
    をさらに含み、
    前記駆動ロッドの前記テーパ終端部が前記グランドリングの前記軸方向に前記駆動システムにより動かされた場合、前記テーパ終端部は、前記レバーを振動し、前記長アームを回転させ、前記グランドリングに相対して前記バイパスチョークリングを回転させる、請求項１１に記載の装置。
15. 前記機構は、
    前記グランドリングに対して固定され、前記駆動ロッドの前記テーパ終端部を部分的に取り囲む壁を有する外箱と、
    前記壁の１つと前記駆動ロッドの先端との間に入れられ、前記駆動システムに向かって前記駆動ロッドを押し付けるように動作する第２のスプリングと、
    をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記駆動ロッドは、前記駆動システムに結合された第１および第２の終端を含み、
    前記機構は、
    前記駆動ロッドの前記第１の一端と接触し、前記グランドリングの前記軸方向に移動可能である第１の駆動部品と、
    前記第１の駆動部品に結合され、前記グランドリングの前記軸方向に実質的に平行である軸の周りに前記グランドリングに対して旋回される第２の駆動部品と、
    前記第２の駆動部品に対して一端で固定され、他端が前記バイパスチョークリングに結合された長アームと、
    前記駆動ロッドに対して前記第１の駆動部品を弾性的に押し付け、それにより、前記駆動ロッドの前記第１の一端に対して前記第１の駆動部品を押し付けるためのスプリングと、
    前記グランドリングに対して固定され、前記スプリングおよび前記第１の部品のための機械的な支持を提供するように動作する支持要素と、
    をさらに含み、
    前記グランドリングの前記軸方向に前記駆動システムにより動かされたとき、前記駆動ロッドは、前記グランドリングの前記軸方向に前記第１の駆動部品を動かし、前記第２の駆動部品および前記長アームを回転させて、それにより、前記バイパスチョークリングを前記グランドリングに相対的に回転させる、請求項１１に記載の装置。
17. 前記機構は、
    ロータを有するモータと、
    一端で前記ロータに対して固定され、他端で前記バイパスチョークリングに結合されたＬ状アームと、
    を備え、
    前記モータが前記ロータを回転するとき、前記Ｌ状アームは、前記バイパスチョークリングを前記グランドリングに相対的に回転させる、請求項９に記載の装置。
18. 前記プラズマ処理チャンバにおいて、ガス圧力を計測し、センサ信号を送信するための圧力センサと、
    前記センサ信号に応答し、前記モータを制御するための制御信号を送信するように動作するモータコントローラと、
    をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記第１、第２、第３のスロットセットの各々は、前記グランドリングの周辺方向に沿って配置された少なくとも１つのスロットを含む、請求項９に記載の装置。
20. 前記第１、第２、第３のスロットセットの各々は、前記グランドリングの放射状の方向に広がり、長方形、若しくは、台形形状を有する、請求項１９に記載の装置。
21. 基板を支持するように構成された下部電極と反対側に配置された上部電極を含むプラズマ処理チャンバにおけるガスフローコンダクタンスを制御する装置であって、
    前記下部電極を同心円状に取り囲むように構成され、内部に形成された第１のスロットセットを含む静止したグランドリングと、
    前記グランドリングの上部に配置され、内部に形成された第２のスロットセットを含み、前記第２のスロットセットの各々が前記第１のスロットセットの対応する１つと整列する静止したカバーリングと、
    前記グランドリングの下部に配置され、上部に形成された突出部を含み、各突出部と対応する第１のスロットを定義する内面との空間が前記第１および第２のスロットセットを通しての前記ガスフローコンダクタンスを決定する、バイパスチョークリングと、
    （ｉ）ガスが前記第１および第２のスロットセットを通して流れることができるように、前記第１のスロットセットが、前記第２のスロットセットと流体連結されたオン状態と、（ｉｉ）ガスが前記第１および第２のスロットセットを通して流れることができないように、前記第１のスロットセットが、前記バイパスチョークリングによって遮られるオフ状態との間で、前記第１および第２のスロットセットを通してのガスフローコンダクタンスを変更するためように前記空間を調整するために、前記グランドリングに相対的に前記チョークリングを動かすように構成された機構と、
    を備える装置。
22. 前記機構は、
    駆動システムと、
    一端で前記バイパスチョークリングに対して固定され、他端で前記駆動システムに結合された駆動ロッドと、
    を含み、
    前記駆動システムは、前記駆動ロッドを動かすように動作する、請求項２１に記載の装置。
23. 前記駆動システムは、空気圧シリンダ、もしくは、電気ソレノイドを含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記駆動システムは、前記上部電極と前記下部電極の間の空隙を取り囲むように構成された閉じ込めリングアセンブリを含み、
    前記閉じ込めリングアセンブリは、少なくとも１つの閉じ込めリングを含み、前記閉じ込めリングアセンブリは、前記閉じ込めリングの間の空隙を通してのガスフローレートを制御するために、前記グランドリングの軸方向に移動可能である、請求項２２の装置。
25. 前記カバーリングおよび前記バイパスチョークリングの各々は誘電材料で形成され、前記グランドリングは導電材料で形成されている、請求項２１に記載の装置。
26. 前記カバーリングおよび前記バイパスチョークリングはクオーツもしくはＳｉＣで形成され、前記グランドリングが金属で形成されている、請求項２５に記載の装置。
27. 前記第１および第２のスロットセットの各々は、前記グランドリングの周辺方向に沿って配置された少なくとも１つのスロットを含む、請求項２１に記載の装置。
28. 前記第１および第２のスロットセットの各々は、前記グランドリングの放射線状に広がり、長方形、もしくは、台形形状を有する、請求項２７に記載の装置。
29. 前記第１および第２のスロットセットの各々は、少なくとも１つ以上の同心のリング形状のスロットを含む、請求項２１に記載の装置。

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