JP5165825B2 - 分割された電極集合体並びにプラズマ処理方法。 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスにおいて、プラズマ反応チャンバが、集積回路（ＩＣ）装置を製造するプロセスで半導体基板上への材料の堆積並びに除去のために使用されている。ＩＣの最高の歩留りと全体の品質を果たす重要なファクターは、エッチング並びに堆積プロセスの均一性である。
【０００３】
従来のプラズマ反応炉での問題は、均一なエッチングと堆積を得るためのプラズマの制御である。プラズマ反応炉において、エッチングもしくは堆積の均一性の程度は、システム全体のデザイン、特に、反応炉のチャンバ内でプラズマを発生させるために使用される電極のデザインにより決定される。
【０００４】
エッチングもしくは堆積の均一性の改良への１つのアプローチは、分割された電極を使用していることである。一例の従来の分割された電極７００が、図１に示されている。この分割された電極は、絶縁体７１０により分離された複数の厚い分離導電性電極セグメント７０４を有する。各絶縁体は、ハブ、リム並びにスポークを備えたホイールのような形状の単一片である。分割された電極のデザインは、電極セグメント７０４が一側で真空領域７２０に触れ、また他側で大気圧領域７２４に触れるようにすることである。これは、電極セグメント７０４を真空領域７２０に発生されるプラズマと直接に接触させることである。さらに、分割された電極の各セグメント７０４は、幾つかの導管７３４を有し、これら導管を通して、動さの間、冷却流体７４０がセグメントを冷却するように流される。また、分割された電極７００は、真空領域７２０の中にガスを導入させるための幾つかのガス供給ライン７４４を有する。また、幾つかのシール７５０が、大気圧領域７２４から真空領域７２０を隔離するように、絶縁体７１０と電極セグメント７０４との間に必要とされている。このような幾つかのガスラインと冷却ラインの複数のセットとは、電極とチャンバとのデザインを非常に複雑にし、複雑なプラズマ反応装置に、より問題を生じさせている。
【０００５】
図１を参照して、前記絶縁体７１０は、相互電極キャパシタンスとクロストークとを最少にするように、電極セグメントを分離する機能を果たしている。代表的には、この絶縁体７１０は、複雑な形状に切断されるか、形成されなければならず、この製造を高価かつ複雑にしている。さらに、絶縁体７１０は、一般的には脆く、このために、絶縁体の臨界ディメシステムョンの小さいサイズによる破損が生じ易い。このような破損が生じると、絶縁体には、比較的鋭い角部で発生する機械的ストレスのために、クラックが生じ易い。また、従来の分割された電極で達成されるプラズマ均一性での改良にも拘わらず、ウエハ全体において、即ち、電極パターンプリントにおいて、エッチングもしくは堆積レートでの急激な局部的変化が依然として生じる。
【０００６】
プラズマエッチング装置で使用するための分割された電極に関する幾つかの特許がある。例えば、米国特許Ｎｏ．５，７３３，５１１“Ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｌａｓｍａ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ”（‘５１１特許）は、４分の１波長伝送ラインの特性を利用することにより、複数のパワー電極にバランスされた電力を供給する、複合電極プラズマ反応電力スプリッター並びにき供給システムを開示している。各電極には、負荷マッチングネットワーク出力端での共通点に接続された分離（２Ｎ＋１）λ／４波長伝送ラインにより、電力が供給される。ここで、Ｎ＝０，１，２……である。これらラインのインピーダンス伝送特性は、また、標準ネットワークにより効率良くマッチングされる１つのラインにプラズマ負荷を変換するのに利用されている。また、作用空間全体に渡って最大均一性の反応性プラズマを達成するために、上記分布状態により電力が供給される小さい駆動電極に単一の大きい駆動電極を分割する技術を開示している。しかし、この’５１１特許に開示された装置の欠点は、電極セグメントが、分離されたＲＦ電源によって駆動されないが、λ／４ケーブルは、全てマッチングネットワーク出力端での共通点に接続されており、この結果、個々のセグメントの制御のための手段がないことである。また、‘５１１特許の図面に係われば、セグメント電極が、図１に示されているように、互いに物理的に分離しているために、非常に複雑なデザインとなり、破損し易いように見える。
【０００７】
米国特許Ｎｏ．４，８８５，０７４“Ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ ｈａｖｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”（‘０７４特許）は、プラズマプロセスのための均一な励起ガスフイールドを発生されるプラズマ反応炉を開示している。ワークピースを装着するための機構が、ワークピースが励起されたガスにさらされ得るように、反応チャンバ内に配置されている。このチャンバ内の第１の電極が、ワークピース装着機構に動作的関係で配置され、また、反応炉内の第２の電極が第１の電極を少なくとも部分的に囲むように、位置されている。しかし、この’０７４特許の欠点は、セグメント電極がリング状に成形されており、均一性の方位方向の（周方向の）制御をすることができないことである。従って、オフセンターピーク（ｏｆｆ−ｃｅｎｔｅｒ ｐｅａｋ）のエッチングレートが’０７４特許の電極形状では矯正できないことである。
【０００８】
米国特許Ｎｏ．５，００６，７６０“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｆｅｅｄ ｆｏｒ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｏｒ”（‘７６０）は、平行プレートプラズマ反応炉内の下方電極のための容量性供給（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｆｅｅｄ）を開示している。このキャパシタの一方のプレートは、下方電極もしくは下方電極へのコンタクトを有する。キャパシタの他方のプレートは、下方電極もしくはコンタクトから絶縁された環状部材を有する。これでは、下方電極への直接ＲＦ接続はない。しかし、可動電極は、分割されておらず、また、エッチングもしくは堆積の非均一性を防ぐようにプラズマ密度の形態を変える目的のためではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、デザインの複雑性並びに一般の分割された電極に関連した欠点が無く、改良されたエッチング、堆積もしくは他のプラズマプロセスを果たすように、プラズマ反応炉内でのプラズマ密度の形態を変更する方法を得ることが非常に望ましい。さらに、プラズマ密度の非均一性の形態を発生させることを意味する場合でも、所望の効果を達成させるようにプラズマ密度の形態を制御する方法を得ることが非常に望ましい。これらプラズマ密度の非均一性の形態は、前の非均一性ウエハ処理工程により生じる非均一性を許容することが度々要求されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
本発明の第１の態様は、プラズマを維持可能な領域内にＲＦ制御される電界形態を与えるための電極集合体である。この電極集合体は、下面と、上面と、外側エッジとを備えた上側電極を有する。プラズマを維持可能な前記領域は、前記下面近くにある。分割された電極が、上側電極の上面近くに、ほぼ平行に配設されており、各々が上面と下面とを備えた２つ以上の複数の分離された電極セグメントを有する。各電極セグメントは、上側電極の上面から対応した制御されるギャップだけ離間されている。
【００１１】
本発明の第２の態様は、上面の所で前記電極セグメントに取着された少なくとも１つのアクチュエータを有する、上述したような電極集合体である。アクチュエータは、上側電極の反対側の、プラズマを含む前記内部領域内のＲＦ電界とプラズマ密度形態とに影響を及ぼすように、収容する前記制御されるギャップの少なくとも１つを調節するように電極セグメントを移動させるためである。アクチュエータは、好ましくは、既存のものであり、アンチュエータ制御システムに電気的に接続されている。複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムが、前記複数の電極セグメントに、複数の電極セグメントＲＦ供給体によって夫々電気的に接続されている。このシステムは、また、前記上側電極に主ＲＦ供給体によって電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムをさらに具備する。さらに、このシステムは、前記ＲＦパワー供給システムをと、アクチュエータ制御システムと、プラズマ処理システムの他のサブシステムと制御する主制御システムを有する。この主システムは、複数の感知ライン、例えば、チャンバ圧力感知ライン、冷媒温度感知ライン、ＲＦパワー感知ライン、インピーダンス感知ライン等を介して、システム動作パラメータを受信する。また、このシステムは、プラズマ密度形態の変化に対応した複数のシステム動作パラメータ値と関連した情報を含み、前記主制御システムに電気的に接続されたデータベースを具備する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記電極セグメントの下面側にある第１の波形部と第１のスペースと、前記上側電極の上面側にある第２の波形部と第２のスペースとを有し、前記第１の波形部は、前記第２のスペ―スと対面している、本発明の前記第１もしくは第２の態様に係わる電極集合体である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、下壁と側壁とを有するプラズマチャンバと、基板を支持するための支持面を有する基板支持部材とを具備するプラズマ反応システムである。この基板支持部材は、前記下壁の近くに配設されている。このプラズマ反応システムは、さらに、前記上側電極の下面と基板の面とは、ほぼ平行であり、前記チャンバの側壁と組をなして、プラズマを含むことの可能な内部領域を規定するように、チャンバの側壁内の、前記基板支持部材近くに配置され、上述された本発明の第２もしくは第３の態様の電極集合体とを具備する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、プラズマ反応器の内部領域内のプラズマのプラズマ密度形態を、所望のプラズマ密度形態になるか近づくように調節する方法である。この方法は、前記内部領域の近くに、前記上側電極の下面が前記内部領域に面した、上述した本発明の第２の態様に係わる電極集合体を、最初に提供する工程を有する。次の工程は、プラズマ反応器を動作させると共に、複数の異なるプラズマ密度形態に対応した複数の動作状態と関連した複数のパラメータに関する情報を含むデータベースを形成することである。そして、次の工程は、プラズマに基板を晒すようにプラズマ反応器を動作させることによりエッチングもしく堆積速度形態を決定すると共に、基板に対するプラズマの影響を測定することを具備する。そして、次の工程は、前記データベースを使用することと、前記決定されたエッチングもしくは堆積速度形態と所望のエッチングもしくは堆積速度形態とを比較することを含む。そして、最後の工程は、前記電極セグメントの少なくとも１つを移動させることにより、前記所望のエッチングもしくは堆積速度形態に近づくように前記決定されたエッチングもしくは堆積速度形態を変更することである。
【００１５】
本発明の第６の態様は、所望のプラズマ密度形態に近い密度形態を有するプラズマで基板を処理する方法である。この方法は、本発明の前記第４の態様のプラズマ反応システムと関連して上述されたようなプラズマ反応チャンバを提供する最初の工程を含む。次の工程は、内部領域に少なくとも１種類のプラズマガスを供給することを含む。そして、この次の工程は、内部領域内に、関連した第１のプラズマ密度形態を有するプラズマを形成するように、上側電極と複数の電極セグメントとにＲＦパワーを与えることである。次の工程は、前記第１のプラズマ密度形態を測定することである。これは、例えば、ブランケットウエハをプラズマに晒し、例えば、エッチングもしくは堆積速度を測定することにより、なされ得る。次の工程は、前記プラズマ密度形態を変更させて、所望のプラズマ密度形態と一致もしくは近い第２のプラズマ密度形態を形成するように、前記上側電極に対して前記電極セグメントの少なくとも１つを調節することである。このようにプラズマ形態が調節されると、次の工程は、前記内部領域内で、前記基板支持部材上に基板を載置させることを含む。最後の工程は、前記基板を(即ち、調節された)第２のプラズマ密度形態で処理して、基板に所望の効果を生じさせることである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
本発明において、“形態（ｐｒｏｆｉｌｅ）”という用語と、”分布（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）“という用語とは、同じであり、プラズマ密度の分布、即ち、基板（ウエハ）面に対するプラズマ処理速度を意味するので、取り替え可能に使用されている。また、本発明は、エッチングや堆積を含む種々のプラズマプロセスに適用可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００１７】
プラズマ反応炉装置
図２ないし４に示すように、本発明のプラズマ反応炉システム１０は、上壁２２、下壁２４、側壁２６、並びにプラズマを含み得る内部領域３０を備えたプラズマチャンバ２０を有する。また、このシステム１０は、下壁２４近くの、チヤンバ２０内に、基板４０を支持するための支持面３４Ｓを備えた基板支持部材３４を有する。この支持部材３４は、下側電極として機能する。また、システム１０は、上壁２２の近くの、チャンバ２０内に、電極集合体５０を有する。この電極集合体は、上面５４Ｕ並びに下面５４Ｌを備えた一体的上側電極５４と、上面６０Ｕ、下面６０Ｌ、中心エッジ６０Ｃ、並びに外側エッジ６０Ｅを備えた分割された電極６０とを有する。この分割された電極６０は、図４の（Ａ）に示されるように、複数の電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎを有する。これら電極セグメントのうちの少なくとも１つは、好ましい実施の形態では独立して移動可能である。これら電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎは、好ましくは平坦（ｐｌａｎａｒ）もしくは実質的に平坦である。
【００１８】
図示並びに説明をわかり易くするために、４つのウエッジ形状の電極セグメント６２ａ−６２ｄのみが図４の（Ｂ）に示されており、また、２つの電極セグメント６２ａ，６２ｂのみが、図２並びに３の断面図で見ることができる。しかし、円形の電極セグメント６３ａ−６３ｄ（図４の（Ｃ））のような他の形状の電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎが可能であることは当業者により理解されるであろう。電極セグメントの特別な形状とセグメントの数とは、内部領域３０内に形成されるＲＦ電界の所望の形態と、必要な容量性カップリング面積とに依存するであろう。システム１０のようなプラズマ処理装置と関連した電界の複雑な性質のために、所望の電界を形成するような電極セグメントの最適な数と形状と配置とは、経験的にもしくはコンピュータのシュミレーションにより、決定されることが最良であろう。
【００１９】
第３図に示されるように、前記上側電極５４は、アルミニウムもしくは他の既知の適当な導電性電極材料のような金属により好ましくは形成される。この上側電極５４は、上面５４Ｕに開口した中心ガス導管６４を有する。このガス導管は、各々が下面５４Ｌに開口して内部３０に導かれた複数のガス導管６６ａ，６６ｂ…６６ｎに、好ましくは、枝分かれしている。
【００２０】
絶縁体のリング７０が、上側電極５４の外側エッジ５４Ｅを囲んでいる。このリング７０は、上壁２２に至るまでの種々の長さで延ばされ得、面６０Ｕもしくは他の面のレベルにする必要はない。この絶縁体のリング７０の下面７０Ｌは、図示されるように、側壁２６の内側に形成された棚２６Ｌの上に好ましくは乗っている。この絶縁体のリング７０は、セラミックのような絶縁材料で形成され、壁２６から上側電極５４を電気的に絶縁している。前記上側電極５４と電極セグメント６２ａ−６２ｄとは、制御されるギャップＧａ−Ｇｄ（ギャップＧａ，Ｇｂのみが図３に断面で示されている）により互いに離間されている。これらギャップＧａ−Ｇｄは、名目上１ｍｍであるが、この好ましい実施の形態においては、上側電極に対して電極セグメントの少なくとも１つを移動させる、以下に詳細に説明するアクチュエータ１１０の使用により、０．１ｍｍと２５ｍｍとの間で可変である。前記ギャップＧａ−Ｇｄのサイズの下限は、これらギャップ内の冷却流体の誘電ブレークダウンにより決定される。制御されるギャップＧａ−Ｇｄは、上側電極５４並びに分割された電極６０の表面面積と比較して小さいので、これら２つの電極は，容量結合されている。
【００２１】
電極チャンバ７２が、上側電極５４の上面５４Ｕと、絶縁体のリング７０と、チャンバの側壁２６と、チャンバの上壁２２とにより規定されている。図３に示すように、電極集合体５０のための好ましい実施の形態は、チャンバの壁２６と、上壁２２と、上側電極５４とに隣接した誘電体の側壁７５により構成され、中に電極集合体が収容されたモジュラーハウジング７４を有する。上側電極５４の前記下面５４Ｌは、内部領域３０に露出している。以下に詳述されるように、前記チャンバ７２は、電極セグメント６２ａ−６２ｄの周りと、上側電極５４の上と、制御されるギャップＧａ−Ｇｄの中とを循環する冷却流体を収容する機能を果たす。前記モジュールハウジング７４は、冷却流体を常時収容可能として、容易なメンテナンスのために、冷却流体のシステムをフラッシング（ｆｌｕｓｈｉｎｇ）することがなくて、全体のモジュールを容易に変更可能としている。
【００２２】
分割された電極
図４の（Ｂ）に示されているように、分割された電極６０は、上述されたように、４つのウエッジ形状のセグメント６２ａ−６２ｄを有するけれども、異なる形状のセグメントと同様に、これより多くても少なくても、図４の（Ａ）並びに図４の（Ｃ）に示されるように、等しく効果的に使用され得る。これらセグメント６２ａ−６２ｄは、セグメントを互いにほぼ電気的に絶縁するのに充分なように、スペーサ８０により他互いに分離されている。
【００２３】
図４の（Ｂ）において、３−３線に沿う断面は、図３に示される分割された電極６０の断面図と一致している。また、この分割された電極６０は、好ましくは、アクチュエータを電極セグメント６２ａないし６２ｄに装着するときに、アクチュエータ１１０（後述する）を受けるアクチュエータ用地８８を有する。各電極セグメントに対して２つのアクチュエータ用地が示されているけれども、使用されるアクチュエータの数に応じて３つ以上の用地が使用可能である。電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々は、電極セグメントを駆動するためのＲＦ電極セグメント伝送体（後述する）用の単一のコンタクト９６を有する。主ＲＦ伝送体（また、後述する）が、外側チャンバ２０から上側電極５４へと、分割された電極６０の中心間隙１００を通って延びている。かくして、この主ＲＦ伝送体の周囲には、電極セグメント６２ａないし６２ｄが配置される。
【００２４】
再び図２並びに３を参照すると、システム１０は、ピエゾ電子トランスデューサ、微調整リードねじ、磁気歪装置、ボイスレコーダ、等のアクチュエータを有する。各アクチュエータの一端は、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々の上面６２ａＳないし６２ｄＳに、前記アクチュエータ用地８８(図４の（Ａ）ないし（Ｃ）)の所で接続されている。また、各アクチュエータ１１０の他端は、電極チャンバ７２の上壁２２に取着されている。これらアクチュエータ１１０は、特別な１つもしくは複数の電極セグメントを上側電極５４に対して移動させる。このようにして、１つもしくは複数の制御されるギャップＧａないしＧｄが狭くなったり広くなったりされ得、内部領域３０内のＲＦ電界の形態に影響を及ぼす。
【００２５】
さらに、システム１０は、電極セグメント用のＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｄを有する。これら伝送体は、電極チャンバ７２の上壁２２中に設けられた同心的な絶縁体１１８ａないし１１８d中を通り、上面６２ａＳないし６２ｄＳに、コンタクト９６の所で接続されている。同様に、主ＲＦ伝送体１２０は、チャンバ７２の上壁２２中の同心的な絶縁体１１８ｅを貫通して、上側電極５４に接続されている。このＲＦ伝送体は、これの中に形成された中心ガス導管６４を有し、ガスがチャンバ３０の外に配置されたガス源から、上側電極５４の中心ガス導管を通って、チャンバ内部３０の中に流れることが可能となっている。前記ＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｂ、並びに１２６は、好ましくは、丸いロッド形状で、好ましい径（５ないし２５ｍｍ）を有している。これら伝送体は、上壁２２の下側に伸びた同心的な絶縁体により囲まれている。
【００２６】
図２を続けて参照すれば、システム１０は、基板(即ち、ウエハ)を基板支持部材３４へ載置並びに基板支持部材からの除去するために、プラズマチャンバ２０と動作的に接続したウエハ取扱いシステム並びにロボットシステム１４０を有する。また、チャンバをパージすると共にプラズマを形成するために、中心ガス導管６４に接続されたガス供給ライン１４５を介して、チャンバ２０と流体接続されたガス供給システム１４４が設けられている。このガス供給システムに含まれている特別なガスは、用途に応じている。しかし、プラズマエッチング処理のためには、ガス供給システム１４４は、塩素、臭化水素、オクタフルオロシクロブタン、並びに種々の他の炭化フッ素化合物等のガスを含む。また、化学蒸着堆積のためには、シラアクチュエータンモニア、タングステン−テトラクロライド、チタン−テトラクロライド等を含む。
【００２７】
また、システム１０は、前記上側電極５４に主ＲＦ伝送体１２０を介して電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５４を有する。また、このシステム１０は、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄに電極セグメントのＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｄを介して電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５６ａないし１５６ｄを有する。これらＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄの各々は、信号発生器１６０と、ゲインステージ（増幅器）１６４と、フエイズシフター１６６と、マッチングネットワーク１７０と、バンドパスフイルター１７２とを有する。前記マッチングネットワーク１７０は、ゲインステージ１６４の出力インピーダンス（代表的には５０Ω）をプラズマ並びに電極の負荷インピーダンス(代表的には１ないし１０Ωの範囲)に整合させる電子回路を有する。前記バンドパスフイルター１７２は、関連されたセグメント電極のＲＦ駆動信号の周波数を通過させるように設定されている。また、このフイルターは、前記マッチングネットワーク１７０と関連して、異なる周波数で動作している他のセグメントからのパワーが、前記ＲＦパワー供給システム１５４もしくは１５６ａないし１５６ｄへと戻るようにカップリングするのを防止する。
【００２８】
さらに、システム１０は、チャンバ２０と真空ライン１７８を介して流体接続された真空システム１７６を有する。また、前記電極チャンバ７２に、チャンバの上壁２２を通る入力流体ライン１８２１並びに出力流体ライン１８２ｏを介して、流体接続された冷却システム１８０を有する。この結果、冷却流体３００が電極チャンバの中へ、またここから外へと循環される。
【００２９】
システム１０は、また、アクチュエータを駆動するために、アクチュエータ１１０と動作的に接続されたアクチュエータ制御システム１８４を有する。好ましい実施の形態において、アクチュエータ１１０は、電気的なもの（例えば、ピエゾ電子トランスデューサ）であり、この場合には、前記アクチュエータ制御システム１８４は、アクチュエータに電気的に接続され、電気信号によりアクチュエータを駆動する。このアクチュエータ制御システム１８４は、後で詳述される主制御システム１１８４と動作的に接続されている。
【００３０】
さらに、システム１０は、前記ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄと電気的に接続されたＲＦ制御システム１８６を有する。この制御システムは、また、主制御システム１１８４に接続されている。この主制御システム１１８４は、前記ガス供給システム１４４と、真空システム１７６と、ウエハ取扱いシステム１４０と、冷却システム１８０とを制御するように、応答可能である。前記システム／コントローラ１４４，１４０，１８０，１８６，１８４，１７６並びに図示されていない種々の他の機構を制御することにより、主制御システム１１８４は、以下に説明されるように、システム１０を使用した基板４０のプラズマ処理を制御する。一例の主制御システム１１８４は、データ収集並びに制御能力と同様に、ＰＥＮＴＩＵＭ（商標名）プロセッサーのようなプロセッサーとメモリとを備えたコンピュータである。また、制御システム１１８４のために適したコンピュータは、Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｄａｌｌａｓ， Ｔｅｘａｓから入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＹＡＴＩＯＯＮ ６１０（商標名）である。
【００３１】
上記プラズマ反応炉システム
図２並びに３を続いて参照して、プラズマ反応炉システム１０の動作が以下に説明される。
【００３２】
最初に、電極集合体５０により形成される電界に対する内部領域３０内に形成されるプラズマの応答は、非線形であるため、所望のプラズマ処理結果を得るようにシステム１０を動作させる主制御システム１１８４を使用するプロセスは、主制御システム１１８４と電気的に接続したデータベースを形成するテストの経験（ＤＯＥ）セットのデザインを果たすことを、好ましくは含む。このＤＯＥ処理は、冷却流体３００の温度Ｔ、内部領域３０の圧力Ｐ、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々並びに上側電極５４に供給されるＲＦパワー量等の動作状態の領域全体に渡る複数の動作パラメータに対してなされる。このＤＯＥ処理は、システム１０のデザインに重要な変更がある場合には、繰り返される必要がある。例えば、電極セグメント６２ａないし６２ｄの数並びに／もしくは形状が、異なるプロセスの要求を許容するために変更される場合には、ＤＯＥ処理をやり直した方が良い。
【００３３】
前記ＤＯＥ処理は、制御ギャップＧａないしＧｄの種々のセッテング、ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄ等を含む種々の異なるエッチング状態のもとでの、シリコンウエハのような１セットのベア（即ち、ブランケット）基板をエッッッチングすることを、例えば、含む。同様に、ベア基板上へのプラズマ堆積は、また、なされ得る。そして、各基板の表面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が、既知の技術を使用して測定される。この基板の表面形状は、エッチングもしくは堆積の均一性の表示を与え、この結果、プラズマ密度プロフィールの均一性の表示を与えて、ＲＦ電界プロフィールの直接表示をする。この経験的な上方は、ルックアップ表としてデータベース１９０にストアされ得る。
【００３４】
このデータベース１９０は、コンピュータのメモリ（これは主制御システムの一部）にストアされ得、最適なパラメータのセッテングを果たす、上述されたようなデータを与えるように、主制御システムを介してもしくはこれにより、アクセス可能である。
【００３５】
情報の所定のセッテング（例えば、コンピュータプログラム）が、最初のロードされて主制御システム１１８４にストアされ、基板４０のプラズマ処理のための使用者限定レシピを履行する。次に、制御システム１１８４は、基板支持部材３４に対する基板（ウエハ）４０のローディングとアンローディングとを果たすように、ウエハ取り扱いシステム１４０に第１の電気信号を送る。基板４０は、電極集合体５０に対する下側電極として機能する。次に、制御システム１１８４は、前記ガス供給システム１４４からのパージガス（例えば、窒素）でプラズマチャンバ２０のパージングを果たすように、ガス供給システム１４４に第２の電気信号を送る。そして、制御システム１１８４は、プラズマチャンバ２０内で所定のプラズマを維持するように、真空システム１７６への第３の電気信号を発生する。チャンバ２０内の代表的な動作圧力は、１ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲であるが、プラズマ処理に応じて、この範囲からかなり外れ得る。
【００３６】
次の動作工程において、制御システム１１８４は、適当なプラズマを形成可能で、プラズマチャンバ２０からガス供給システムへの上述したようなガスの流れを調節するように、ガス供給システム１４４に第４の電気信号を送る。そして、制御システム１１８４は、ＲＦパワーを前記分割された電極の電極セグメント６０ａないし６０ｄに供給するように、第５ないし第８の電気信号をＲＦパワー供給システム１５６ａないし１５６ｄに、夫々送る。次に、制御システム１１８４は、ＲＦパワーを上側電極５４に供給するように、第９の電気信号をＲＦパワー供給システム１５４に送る。これは、プラズマチャンバ２０の内部３０にプラズマ２００を発生させる。このプラズマ２００内のＲＦ電界の特別な分布は、上側電極５４への電極セグメント６２ａないし６２ｄからの、かくしてプラズマ２００への上側電極５４からの容量性カップリングに依存している。この上側電極５４を駆動するＲＦパワー供給システム１５４のための好ましい周波数は、６０ＭＨｚであるけれども、本発明は、他の周波数、特にこれよりも高い周波数でも良く動作する。電極セグメント６２ａないし６２ｄの駆動周波数は、メガヘルツの範囲でもまた好ましいけれども、上側電極５４の波長と同じ必要ではなく、また、上側電極のＲＦ周波数の高調波である必要もない。
【００３７】
データベース１９０での情報に基づく次の動作工程において、制御システム１１８４は、所望のプラズマ密度形態と一致するかすくなくとも近いプラズマ密度形態２０２を得るために前記制御ギャップＧａないしＧｄを調節するように、駆動アクチュエータ１１０にアクチュエータ制御システム１８４に第１０の電気信号を送る。所望のプラズマ密度形態は、均一な形態、もしくは、特定のプラズマ処理特性、例えば、エッチングもしくは堆積特性
を与える非均一な形態で良い。この所望の形態は、理想化されたものとして決定され得るか、データベース１９０にストアされている情報を使用して、利用できる動作状態に基づいて利用できるプラズマ密度形態のうちの１つから選ばれ得る。図１の従来の分割された電極７００とは異なり、本発明の電極集合体は、プラズマと接触する面においてではなく、上側電極５４の上面５４Ｕからの領域３０内での電界を制御する。この結果、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄは、プラズマ２００に直接晒されることはない。
【００３８】
所望のプラズマ密度形態に近いかこれと同じプラズマ密度形態を形成する過程において、プラズマの状態を決定するように、データベース１９０を形成する上記方法において、テスト基板または複数の基板を処理することが好ましいか、必要である。プラズマの状態が、結果のテスト基板または複数の基板の測定によって評価されると、この状態は、データベース１９０で確認され得る。そして、これは、この測定されたプラズマ密度形態が、所望のプラズマ密度形態に一致もしくは近づくように変えられるように、システム１０の動作パラメータをセッテングする方向性を与える。この場合、テスト基板もしくは複数の基板が処理されかつ評価された後に、上記工程が、新たなプラズマ密度形態で処理されるように、基板での処理において繰り替えされる。
【００３９】
次の工程において、制御システム１１８４は、前記電極チャンバ７２を通る冷却流体の流れが、基板を処理する動作の間制御された温度に電極集合体５０を維持するように調節されるように、冷却システム１８０に第１１の電気信号を送る。
【００４０】
基板４０の処理が完了すると、前記制御システム１１８４は、真空システム１７６に第１２の電気信号を送り、ウエハのアンロードがなされるセッテングにチャンバ２０の圧力が調節される。最後に、制御システム１１８４は、前記ウエハ取り扱いシステム１４０に第１３の電気信号が送られ、基板４０は、反応炉チャンバ２０から取り出される。
【００４１】
分割された電極を備えた電極集合体の目的
本発明の電極集合体５０の分割された電極６０の目的は、上側電極５４を駆動するＲＦ信号により、内部領域３０内でのＲＦ電界の不均一に対する補償を可能にするためである。このような電界の不均一性は、プラズマ密度分布の不均一を生じさせて、エッチング、堆積、もしくは他のプラズマ処理での不均一を生じさせる。ＲＦ電界の補償は、本発明では、分割された電極を有することによりなされる。この電極は、好ましい実施の形態においては、プラズマと接する上側電極との間に可変のギャップを有している。
【００４２】
図５に示されるように、上側電極５４によるＲＦ電界Ｕは、電界の基本的な形態を決定する。しかし、このＲＦ電界Ｕは、非均一であり、例えば、中間にピークＰを、また、このピークの両側に谷部(最小)Ｍを有している。
【００４３】
本発明の分割された電極６０は、ＲＦ電界の均一性からの逸れに対する補償を果たし、均一な(即ち、フラットな)電界か、所定の形態の電界を発生させる。前記電極セグメント６２ａないし６２ｄ（もしくはより一般的には、図４Ａに示されるようなセグメント６２ａないし６２ｎ）の各々は、基板４０の一部のみの上方に位置し、各セグメントは、基板の一部のみに主に影響する電界を発生する。かくして、例えば、図４Ｂに示されるような形状の電極６０を使用すると、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々は、電極６０の垂直中心線の一側側に位置する、基板４０の上方の領域内で、電極の下側に比較的広いピークを有するＲＦ電界(例えば、図５で電極セグメント６２ａ，６２ｂと関連した電界Ａ，Ｂ)を発生させる。この電界は、中心線の反対側に位置する基板４０の上方の領域の電界に対してはほとんど貢献しない。対称的に配置された複数の電極セグメントを使用することにより、各電極セグメントからの広いピークが、上側電極５４から電界Ｕの両側方谷部とアラインメントされ得る。上側電極５４を含む電極セグメントの全てからの組み合わされたＲＦ電界Ｄは、比較的緩やかであり、例えば、個々のＲＦ電界Ｕ，ＡもしくはＢのいずれよりもかなり緩やかである。同様に、対応するＲＦ磁界は、比較的緩やかであり、かくして、プラズマ密度分布も緩やかである。
【００４４】
本発明の分割された電極６０は、径方向と同様に方位角方向に対してもＲＦ電界の形態を調節する能力を有する。従来の分割された電極は、同心状の複数のリングで代表的には形成されており、電界の径方向の変更のみを可能としている。本発明にデザインにおいて、方位角方向の電界の非均一性の矯正は、分割された電極６０の両側にある電極セグメント６２ａないし６２ｄに非対称的にバワーを供給することによりなされる。さらに、所望のエッチング、堆積もしくは他のプラズマ処理の効果を果たすような所定の電界の非対称性（線対称もしくは非線対称）は、電極セグメントへの所定の適切なパワーの供給により達成され得る。
【００４５】
本発明の好ましい実施の形態において、電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎ（図４の（Ａ））が駆動される周波数は、一定である。しかし、各電極セグメントに対する駆動周波数の振幅と位相とは、制御システム１１８４，１８６からの電気信号に基づいて電極セグメントＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎを調節することにより、独立して制御され得る。従って、電極セグメント６２a，６２b，…６２ｎによるピーク電界の振幅は、最適なエッチング、堆積、もしくは他のプラズマ処理を果たすために、所望のＲＦ電界特性を与えるように変えられる。
【００４６】
あるセグメント電極のＲＦ電界のピーク位置を替えるためには、周波数の制御が必要である。電極セグメントＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎにより電極セグメント６２a，６２b，…６２ｎに供給されるＲＦパワーの位相と振幅とは、非均一なＲＦ電界を形成するように調節され得る。このような電界は、前処理工程から生じる基板上での中心に対するエッジ（ｃｅｎｔｅｒ ｔｏ ｅｄｇｅ）並びに／もしくは方位方向の不均一性の存在を補償するためには望ましい。従って、本発明は、必要なときにはいつでも、均一性を良くするか、特別な目的のために電界を形成するように、ＲＦ電界の形態の全体に渡る制御を与えることを可能にしている。
【００４７】
電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎと電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎの周波数制御により、電極セグメントの電界のピーク場所の径方向の位置（ｒａｄｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｌｏｃａｔｉｏｎ）が可能となる。また、比較的高い周波数を使用することにより、電極セグメントの比較的鋭い電界ピークが与えられる。さらに、周波数掃引が処理中の適当なときに、径方向にピークを移動させることにより、電界ピークを広げるために使用され得る。
【００４８】
従来において、マッチングネットワークの同調可能な出力キャパシタが、システムが適当にイピーダンス整合され得るような本質的な同調機能を与えるように代表的に使用されている。本発明では、このような同調可能な出力キャパシタは、これの機能は、電極セグメントにより、また、アクチュエータ１１０を使用してギャップＧａないしＧｄでの容量結合を制御することにより、代替され得るので、上記実施の形態のマッチングネットワーク１７０の一部で手ある必要はない。
【００４９】
冷却システム
従来のプラズマ反応器では、上側電極内に流体が充填されるキャビティが形成されている。この流体の目的は、キャビティ内で流体を循環させることにより、電極を冷却することである。しかし、本発明においては、冷却流体３００（図３）は、上側電極５４の上面５４Ｕ上の電極チャンバ７２内で循環される。この結果、上側電極自体に冷却キャビティを形成する必要が無いので、上側電極５４をかなり薄くすることができる。冷却流体３００は、電極セグメント６２ａないし６２ｄと上側電極５４の上面５４Ｕとの間の制御ギャップＧａないしＧｄの中を流れるので、冷却流体は、誘電体でなければならない。かくして、この流体３００は、また、電極セグメント６２ａないし６２ｄと上側電極５４とにより形成されたキャパシテイ中の誘電体としても機能する。本発明においては、この冷却流体は、過フッ化炭素、例えば、３ＭＦＣ８４，Ｇａｌｄｅｎ ＨＴ１３５等のような誘電体液体である。
【００５０】
冷却液体３００として誘電体液体を使用し、この冷却液体を上側電極５４の上面５４Ｕ全体に渡って循環させることにより、上側電極の厚さを約２０ｍｍ、もしくは電極内のガス分配チャンバを収容するのに必要な最少の厚さへと、約５０％減少させることができる。このことは、電極集合体５０のデザイン、製造並びに組み立てを極めて簡単にすることができる。また、この上側電極５４における厚さの減少は、プラズマ２００に晒される上側電極５４の下面５４Ｌを、上側電極自体に冷却用チャンネルが形成されていないのにも拘わらず、適当に冷却することができる。また、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄは、冷却流体３００に浸されているので、電極セグメントの中に形成されるる冷却ライン並びにガスラインを必要としない。この結果、電極セグメントは、非常に薄く（例えば、数ミリメートル）形成することができ、容易に冷却され得る。
【００５１】
アクチュエータ制御システム
図６を参照すると、アクチュエータ１１０と電気的に接続されたアクチュエータ制御システム１８４が、オープンループ形式で動作され得るが、好ましくは、主制御システム１１８４によってクローズループ形式で動作される。これは、主制御システムの誘電体特性が僅かに温度依存性を示し、また、システム１０の全ての他の動作パラメータが一般的に変動するためである。従って、主制御システムの温度変化やシステム１０の他の変化による結合インピーダンスの変化に対して自動的な補償をなすことが好ましい。この能力は、また、主制御システムの性質が時間に応じて変化するので、特に重要である。この主制御システムは、定期的に交換されることが必要であり、この交換する冷却流体は、前のものと正確に同じ誘電体特性を有する必要はない。
【００５２】
前記主制御システム１１８４とアクチュエータ制御システム１８４とは、制御ギャップＧａないしＧｄのサイズをかえることにより、主制御システムの特性の変化に対して補償することができる。さらに、電極セグメント６２ａないし６２ｄは、制御されるキャバシタとして機能し、上述したように、プラズマ負荷に対するＲＦパワーシステム１５４，並びに１５６ａ，１５６ｂのインピーダンス整合に使用され得る。従って、電極セグメント６２ａないし６２ｄは、プラズマ負荷と、ＲＦ供給ライン１１６ａないし１１６ｄ並びに１２０に生じるプラズマ負荷インピーダンスと、チャンバ圧力、誘電体冷媒流体温度等の他のパラメータにより導かれるＲＦパワーに基づくループで制御される必要がある。
【００５３】
ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄにより発生されるＲＦパワーは、ＲＦ伝送体１２０並びに１１６ａないし１１６ｄに設けられた通常のＲＦパワー並びにインピーダンスセンサー３２８により夫々感知される。このＲＦパワー並びにインピーダンス測定結果は、信号ライン３３２を介して主制御システム１１８４に供給される。また、この主制御システム１１８４には、信号ライン３３６を介してチャンバ圧力についてと、センサー並びに信号ライン３３４を介して誘電体冷却液体の温度についてとの電気信号の形態の情報が供給される。これら信号並びに図６に示されていない他の信号は、果たされるプラズマ処理（例えば、前述しデータベース１９０にストアされているＤＯＥを介して）のために決定された動作パラメータセットポイントと、主制御システム１１８４で比較されて、相違が検出された場合には、制御信号が、種々の制御サブシステムに送られる。このようにして、クローズループ制御がなされる。
【００５４】
前記主制御システム１１８４により制御されるサブシステムのなかには、ＲＦ制御システム１８６がある。このＲＦ制御システムは、前記ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄのＲＦパワー出力と位相とを制御する。このパワー出力の制御は、ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄの各々に含まれているＲＦ増幅器１６４の利得を調節することによりなされる。一方、前記利得は、位相シフター１６６（例えば、図２に示す）のセッテングを調節することにより、制御される。可変周波数供給の場合（例えば、以下に説明されるようにＲＦ電界ピークを移動させるため）、前記主制御システム１１８４は、また、信号発生器１６０のＲＦ周波数をセッテングすることにより、周波数を制御する。また、アクチュエータ制御システム１８４並びに電極アクチュエータ１１０を介しての電極セグメント６２ａないし６２ｄから上側電極５４への容量結合も制御される。これらアクチュエータ１１０は、電極セグメントと上側電極との間の制御ギャップＧａないしＧｄを制御するように機能する。同じ電極セグメント６２ａないし６２ｄに関連した複数のアクチュエータ１１０が、これらアクチュエータが同時に駆動され、また、同じ移動距離だけこれらに関連した電極セグメントを変位させるように（即ち、電極セグメントが上側電極５４に平行に維持される）、単一の制御信号ライン３２６により供給される信号により制御され得る。代わって、同一の電極セグメントと関連した２つのアクチュエータの各々は、別の制御ライン３２６により供給されるる信号により制御され得る。
この結果、２つのアクチュエータは、異なる移動距離で対応した電極セグメントを変位させて、各電極セグメントが、水平に対して傾斜するのを可能にして、さらなる容量結合の可変制御を与え得る。
【００５５】
図７には、前記アクチュエータのためのアクチュエータ制御システムの第２のブロック概略図が示されている。この図で、Ｔは温度、Ｚはインピーダンス、ＲＦ ＰＷＲはＲＦパワー、そして、Ｐは圧力である。システム１０の動作と関連して上述されたように、アクチュエータ制御システムの動作は、データベース１９０にデータとしてストアされているデザイン経験からの情報に基づく。
【００５６】
従って、連続して図７を、そして再び図６を参照すると、動作において、アクチュエータ１１０の制御プロセスは、（１）誘電体冷却液体３００の温度Ｔとチャンバ２０の圧力Ｐとを検出して、この情報を第１並びに第２の電気信号によって主制御システム１１８４に送る工程と、（２）プラズマ負荷インピーダンスＺと、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々並びに上側電極５４でのＲＦ信号の出力されたＲＦＰＷＲとを検出して、この情報を更なる電気信号の形態で主制御システムに送る工程と、（３）ランされるプロセスのために決定されるパラメータに基づいて、データベース１９０内の適当な応答を検索する工程と、（４）所望のプロセス結果を与える所望のプラズマ形態を形成するようにアクチュエータ制御システム１８４からの電気信号によりアクチュエータを調節する（もしくは、ＲＦ制御システム１８６からの電気信号によりＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄを調節する）工程とを有する。
【００５７】
電極集合体の真空シール
図３を参照すると、このデザインでは、上側電極５４は、単一片の金属でできており、２つのみの真空シールＶ１，Ｖ２が、電極集合体５０をシールするように必要とされている。これら真空シールＶ１，Ｖ２は、例えば、Ｏ−リングである。シールＶ２は、内側空間３０側のチャンバ壁２６に形成された棚部２６Ｌ上に配置されている。この棚部２６Ｌは、また絶縁体のリング７０を支持している。前記シールＶ１は、この絶縁体リングの上面７０Ｓとモジュラーハウジングの誘電体側壁７５との間に配置されている。電極集合体５０に関連し、減じられた数の真空シールにより、システム１０は破損に対して耐性ができ、また、この電極集合体の維持が容易となっている。
【００５８】
波形の電極を備えた電極集合体
上述されたように、電極セグメント６０と上側電極５４との結合は、容量結合である。そして、両電極の面は平坦であるので、キャパシステムタンス（フリンジフイールド効果は無視）は、平行平板キャパシタにより近似される。このキャパシタンスは、Ｃ＝εＡ／ｄにより与えられる。ここで、εは、キャパシタの上板と下板との間の材料の誘電率であり、Ａは、電極セグメント６２の全面積であり、そして、ｄは、板間の距離である。この容量結合は、板を互いに接近させることにより大きくされ得る。しかし、このようにすると、板間での誘電体の高電圧ブレイクダウンのリスクが大きくなる。また、狭いギャップサイズでは、システムは、小さいギャッブ変化に対して非常に影響されるようになるので、キャパシタンスを大きく変化させる振動のリスクがある。（例えば、ギャップＧａがギャップＧｂよりも大きく、またギャップの距離の変動がδの場合、Ｇｂ＋δに対するＧａ＋δのキャパシタンスでの影響は少なくなる）。
【００５９】
容量結合を変えるように電極（板）間のギャップを狭くする代わりは、キャパシタ面積Ａを変えることである。本発明では、電極セグメント６０の平面の面積を簡単に大きくすることが可能であるが、このようにすると、電極セグメントと関連したＲＦ電界の全体の形態に悪影響を与えるので、好ましい選択ではない。しかし、図８並びにこの図に示された電極集合体４００を参照すると、波形の電極セグメント４０６を形成するように電極セグメントにスペース４０４を有する波形部４０２を付加することにより、上側電極５４の上面５４Ｕと電極セグメント６０の下面６０Ｌとの面積を大きくして、キャパシタの面積を著しく大きくすることが可能である。両波形部４０２、４１０は、スペース４０４が波形部４１０と対応し、波形部４０２がスペース４１２と対応するように、オフセットされている。後者は、波形部４０２よりも少し大きくなるようにサイズが設定されている。即ち、波形部４０２の幅は、スペース４１２の幅よりも少し狭くなっている。
【００６０】
キャパシタ面積のこのような増加により、波形の電極セグメント４０６と波形の上側電極４１４との間の制御されるギャップＧａないしＧｄの平均サイズＧｍの僅かな変化に対するキャパシタンスの感度が非常に減少される。この結果、システム１０の制御が容易となり、また、電極集合体４００の振動を最少にしている。
【００６１】
電極集合体４００の好ましい例において、アクチュエータ１１０は、波形部４０２の所定の所の中に突出されて、波形部の底もしくはこの近くで電極に取着され得る。この結果、ピエゾ電気積層トランスデューサのような、比較的大きいストロークを有する大型のアクチュエータ１１０の使用が可能となっている。このことは、長いストロークのアクチュエータは、望ましいが、利用可能にするためには広いスペースが代表的には必要であるので、重要な態様である。ここで、前記波形部４０２は、このような長いストロークのアクチュエータのための適当なスペースを提供する。
【００６２】
従って、波形の分割された電極４０６を有する電気集合体４００は、上述した（平坦な）電極セグメント電極６０を有する電極集合体５０と同じ問題を解決している。さらに、この電極集合体４００は、キャパシタンス面積が大きいので容量結合が大きくなっているので、システムの信頼性が低下するであろう制御されるギャップＧａないしＧｄのサイズに対して不都合な影響を与えることがなくプラズマの制御がより均一となる。また、本発明の実施の形態は、冷却流体３００に晒される電極の面積が比較的大きく、この流体が循環するギャップが大きいので、前記電極集合体５０よりも電極集合体４００を良好に冷却することができる。
【００６３】
アクチュエータを備えていない分割された電極を有する電極集合体
図９を参照すると、断面で見ることができる電極セグメント４６２ａ，４６２ｂを備えた分割された電極４６０を有する電極集合体４５０が示されている。この電極集合体４５０は、上述した電極集合体５０の変形例であり、これと類似しているけれども、アクチュエータ１１０とこれと対応するアクチュエータ制御システム１８４とが無い。この実施の形態で、プラズマ２００全体の制御は、前記分割された電極６０と関連して説明されたのと同様にして、外部のＲＦパワー供給源１５４並びに１５６ａないし１５６ｄにより供給されるＲＦパワーの調節によりなされる。この電極集合体４５０は、前記電極集合体５０のような汎用性はないが、特に低コストが高機能よりも重要な特定のプラズマ処理の適用に対して好ましい変更を与える。この電極集合体４５０は、好ましい実施の形態と関連して上述された前記電極集合体５０と同様の基本的な問題を解決しているが、動作状態の狭い範囲に渡ってである。
【００６４】
分割された電極を有する電極集合体と液体並びに／もしくは固体誘電体
図１０には、制御されるギャップＧａないしＧｄの１もしくは複数（Ｇａのみが断面で示されている）内の誘電体が、固体の誘電体層５１０と液体誘電体５２０との組合わせであり、後者が、好ましくは冷却流体３００の形態である、本発明に係わる電極集合体５００の一部が示されている。この実施の形態の電極集合体５００は、（平坦な）分割された電極６０と組み合わされて説明されるが、波形の分割された電極もまた使用することができる。
【００６５】
前記誘電体層５１０は、上側電極５４の上面５４Ｕに固定もしくは支持され得るか、分割された電極６０に固定され得る。この誘電体５１０が、図１０に示されるように、上側電極５４に装着される場合には、誘電体層５１０の好ましい形状は、夫々の半径が分割された電極６０Ｃ，６０Ｅの中心エッジと外側エッジとの半径と同じ半径を有する中心エッジ５１０Ｃと外側エッジ５１０Ｅとを備えた環状ディスクである。この誘電体５１０が電極セグメント６０に装着される場合には、この形状とサイズとは、電極セグメント自身と同じである。誘電体層５１０は、Ａｌ２Ｏ３、ポリィミド、石英、ＰＴＦＥ（テフロン：商標）、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ等の広範囲の誘電体材料のいずれかで形成され得る。アクチュエータ１１０による分割された電極の充分な移動範囲を確保するために、異なる厚さと誘電率とを有する種々のサイズの誘電体層５１０が使用され得、所望のキャパシタンス範囲を果たすように交換され得る。電極セグメントが移動可能でない分割された電極４６０の場合、誘電体層５１０は、ギャップＧａないしＧｄの全体を満たすことができる。この場合、制御されるギャップＧａないしＧｄは、５０ミクロンのように狭くて良い。このような固体の誘電体の使用は、上述した固体の誘電体材料は、液体誘電体よりも高いブレイクダウン電圧を代表的に有しているので、電圧のブレイクダウンからのさらなる保護水準を与える。
【００６６】
分割された電極のメンテナンス
再び図２並びに３を参照すると、分割された電極集合体５０は、好ましい実施の形態では、プラズマチャンバ２０から容易に取り外し可能なモジュラハウジング７４内に全体が収容されている。このために、プラズマ処理システム１０のフイールドメンテナンスが容易にできる。システム１０をメンテナンスする好ましい方法は、第１の電極集合体５０を全体に渡って（即ち、モジュールとして）、同じもしくは異なる（即ち、第２の）集合体（モジュール）５０と交換することを含む。これら電極集合体５０は、例えば、工場で製造している間に、好ましくは目盛られる（ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ）。種々の数の電極セグメントとメモリ（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）とを有する電極集合体の数は、種々の処理を可能にするように、システム１０において交換可能である。
【００６７】
第１のプラズマ密度形態とは異なる第２のプラズマ密度形態を必要とする新しい処理が、システム１０を使用して果たされる場合を、例えば考える。本発明においては、第１のプラズマ密度形態を形成するための現在（第１）の電極集合体５０が取り外されて、第２のプラズマ密度形態と関連した新たな処理のためにデザインされかつ目盛られた第２の電極集合体と交換され得る。これは、システム１０の再構成と再目盛付けとを果たさなければならないエンドユーザをなくす。ここで、第１のプラズマ密度形態と第２のプラズマ形態とは、実質的に同じでも別でも良い。さらに、第１並びに第２のプラズマ形態と関連した両処理は、第１並びに第２のウエハもしくは同じウエハ（即ち、第１のウエハと第２のウエハとは同じウエハで良い）に対してなされ得る。
【００６８】
モジュラーハウジング７４を有するシステム１０の好ましい実施の形態において、分割された電極集合体５０の交換は、この集合体がプラズマチャンバ２０から取り外されるときに、１つの真空シール（即ち、真空シールＶ１）のみを破ることを含む。電極集合体５０を容易に取り外し得ることは、電極集合体の取り外しと交換の後に真空がリークされる可能性を減少させている。このことは、多くの真空シールが、電極集合体を交換するために破られる必要がある図１に示された従来の分割された電極と比較して好ましい。さらに、本発明のシステム１０において、切離される必要がある１つの処理ガスライン１４５と、２つの冷却流体ライン１８２ｉ，１８２ｏのみがある。この結果、新たな（第２の）分割された電極集合体５０の設置の後のシステムの機能不全の可能性が減少する。前記データベース１９０のために設定される新たな動作パラメータデータが、新たな（第２の）分割された電極集合体にも与えられるべきであり、また、主制御システム１１８４にインストールされるべきである。この結果、処理システム１０は、新たな（第２の）分割された電極集合体５０に対して最適に動作されるであろう。
【００６９】
本発明の多くの態様と効果とは、詳細な説明が明らかであるので、本発明の真の精神並びに範囲に従って開示した方法の態様と効果とを全てカバーするように請求項は意図されている。さらに、多くの変更と交換とが、この分野の通常の知識を有するものにとって容易であるので、図示されかつ説明されただけの構造と動作とに本発明を限定することは望ましくない。また、現在では複雑である半導体技術で使用される関連した装置と方法と同様の本発明の方法と装置とが、動作パラメータの適当な値を経験的に決定することによるか、所望の適用のために最良のデザインで達成するようにコンピュータシュミレーションをなすことにより度々最良に現実化される。従って、全ての適当な変更と均等とが、本発明の精神並びに範囲内であるとして考えされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、プラズマ反応炉に収容されるような例示的従来技術の分割された電極の概略的な断面図である。
【図２】 図２は、本発明に係わるプラズマ反応炉システムの概略図である。
【図３】 図３は、図２に示す反応炉のチャンバの概略的な断面図である。
【図４】 図４の（Ａ）は、上側電極が下に位置し、ｎ個の電極セグメントと、これら電極セグメントに夫々接続されたｎ個のＲＦパワー供給システムとを有する本発明に係わる一般化した分割された電極の平面図であり、（Ｂ）は、上側電極が下に位置し、（Ａ）に示す電極セグメントと類似しており、４つの対称的に配置された電極セグメントを有する、本発明の一実施の形態に係わる分割された電極の平面図であり、そして、（Ｃ）は、上側電極が下に位置し、電極セグメントが円形である、本発明に係わる分割された電極の異なる実施の形態の平面図である。
【図５】 図５は、図２の電極集合体により形成される可能性のある電界の不均一性の表示としての基板表面を横切る（即ち、基板の径に沿う）、基板表面に垂直な例示的なＲＦ電界成分の用強度部分布図であり、ここで、Ｕは、上側電極のみによる電界を、Ｂは、前述した電極セグメントに対向した電極セグメントによる電界を、そして、Ｄは、上側電極と電極セグメントとによる組合わせられた電界を示す。
【図６】 図６は、本発明に係わる制御システムとプラズマ反応チャンバとの第１の概略図である。
【図７】 図７は、制御システムの種々の入力と出力とを示す、本発明に係わる制御システムの第２のブロック図である。
【図８】 図８は、波形部が形成された分割された電極と波形部が形成された上側電極とを有する、本発明の第２の実施の形態に係わる電極集合体の一部の概略図である。
【図９】 図９は、図２並びに図３の（Ｂ）に示す分割された電極と類似しているがアクチュエータが無い分割された電極を有する、本発明に係わる電極集合体の第３の実施の形態の概略的断面図である。
【図１０】 図１０は、少なくとも１つの電極セグメントと上側電極との間に設けられた固体誘電体層を有する、本発明の第４の実施の形態に係わる電極集合体の一部の概略的断面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスにおいて、プラズマ反応チャンバが、集積回路（ＩＣ）装置を製造するプロセスで半導体基板上への材料の堆積並びに除去のために使用されている。ＩＣの最高の歩留りと全体の品質を果たす重要なファクターは、エッチング並びに堆積プロセスの均一性である。
【０００３】
従来のプラズマ反応炉での問題は、均一なエッチングと堆積を得るためのプラズマの制御である。プラズマ反応炉において、エッチングもしくは堆積の均一性の程度は、システム全体のデザイン、特に、反応炉のチャンバ内でプラズマを発生させるために使用される電極のデザインにより決定される。
【０００４】
エッチングもしくは堆積の均一性の改良への１つのアプローチは、分割された電極を使用していることである。一例の従来の分割された電極７００が、図１に示されている。この分割された電極は、絶縁体７１０により分離された複数の厚い分離導電性電極セグメント７０４を有する。各絶縁体は、ハブ、リム並びにスポークを備えたホイールのような形状の単一片である。分割された電極のデザインは、電極セグメント７０４が一側で真空領域７２０に触れ、また他側で大気圧領域７２４に触れるようにすることである。これは、電極セグメント７０４を真空領域７２０に発生されるプラズマと直接に接触させることである。さらに、分割された電極の各セグメント７０４は、幾つかの導管７３４を有し、これら導管を通して、動さの間、冷却流体７４０がセグメントを冷却するように流される。また、分割された電極７００は、真空領域７２０の中にガスを導入させるための幾つかのガス供給ライン７４４を有する。また、幾つかのシール７５０が、大気圧領域７２４から真空領域７２０を隔離するように、絶縁体７１０と電極セグメント７０４との間に必要とされている。このような幾つかのガスラインと冷却ラインの複数のセットとは、電極とチャンバとのデザインを非常に複雑にし、複雑なプラズマ反応装置に、より問題を生じさせている。
【０００５】
図１を参照して、前記絶縁体７１０は、相互電極キャパシタンスとクロストークとを最少にするように、電極セグメントを分離する機能を果たしている。代表的には、この絶縁体７１０は、複雑な形状に切断されるか、形成されなければならず、この製造を高価かつ複雑にしている。さらに、絶縁体７１０は、一般的には脆く、このために、絶縁体の臨界ディメシステムョンの小さいサイズによる破損が生じ易い。このような破損が生じると、絶縁体には、比較的鋭い角部で発生する機械的ストレスのために、クラックが生じ易い。また、従来の分割された電極で達成されるプラズマ均一性での改良にも拘わらず、ウエハ全体において、即ち、電極パターンプリントにおいて、エッチングもしくは堆積レートでの急激な局部的変化が依然として生じる。
【０００６】
プラズマエッチング装置で使用するための分割された電極に関する幾つかの特許がある。例えば、米国特許Ｎｏ．５，７３３，５１１“Ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｌａｓｍａ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ”（‘５１１特許）は、４分の１波長伝送ラインの特性を利用することにより、複数のパワー電極にバランスされた電力を供給する、複合電極プラズマ反応電力スプリッター並びにき供給システムを開示している。各電極には、負荷マッチングネットワーク出力端での共通点に接続された分離（２Ｎ＋１）λ／４波長伝送ラインにより、電力が供給される。ここで、Ｎ＝０，１，２……である。これらラインのインピーダンス伝送特性は、また、標準ネットワークにより効率良くマッチングされる１つのラインにプラズマ負荷を変換するのに利用されている。また、作用空間全体に渡って最大均一性の反応性プラズマを達成するために、上記分布状態により電力が供給される小さい駆動電極に単一の大きい駆動電極を分割する技術を開示している。しかし、この’５１１特許に開示された装置の欠点は、電極セグメントが、分離されたＲＦ電源によって駆動されないが、λ／４ケーブルは、全てマッチングネットワーク出力端での共通点に接続されており、この結果、個々のセグメントの制御のための手段がないことである。また、‘５１１特許の図面に係われば、セグメント電極が、図１に示されているように、互いに物理的に分離しているために、非常に複雑なデザインとなり、破損し易いように見える。
【０００７】
米国特許Ｎｏ．４，８８５，０７４“Ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ ｈａｖｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”（‘０７４特許）は、プラズマプロセスのための均一な励起ガスフイールドを発生されるプラズマ反応炉を開示している。ワークピースを装着するための機構が、ワークピースが励起されたガスにさらされ得るように、反応チャンバ内に配置されている。このチャンバ内の第１の電極が、ワークピース装着機構に動作的関係で配置され、また、反応炉内の第２の電極が第１の電極を少なくとも部分的に囲むように、位置されている。しかし、この’０７４特許の欠点は、セグメント電極がリング状に成形されており、均一性の方位方向の（周方向の）制御をすることができないことである。従って、オフセンターピーク（ｏｆｆ−ｃｅｎｔｅｒ ｐｅａｋ）のエッチングレートが’０７４特許の電極形状では矯正できないことである。
【０００８】
米国特許Ｎｏ．５，００６，７６０“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｆｅｅｄ ｆｏｒ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｏｒ”（‘７６０）は、平行プレートプラズマ反応炉内の下方電極のための容量性供給（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｆｅｅｄ）を開示している。このキャパシタの一方のプレートは、下方電極もしくは下方電極へのコンタクトを有する。キャパシタの他方のプレートは、下方電極もしくはコンタクトから絶縁された環状部材を有する。これでは、下方電極への直接ＲＦ接続はない。しかし、可動電極は、分割されておらず、また、エッチングもしくは堆積の非均一性を防ぐようにプラズマ密度の形態を変える目的のためではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、デザインの複雑性並びに一般の分割された電極に関連した欠点が無く、改良されたエッチング、堆積もしくは他のプラズマプロセスを果たすように、プラズマ反応炉内でのプラズマ密度の形態を変更する方法を得ることが非常に望ましい。さらに、プラズマ密度の非均一性の形態を発生させることを意味する場合でも、所望の効果を達成させるようにプラズマ密度の形態を制御する方法を得ることが非常に望ましい。これらプラズマ密度の非均一性の形態は、前の非均一性ウエハ処理工程により生じる非均一性を許容することが度々要求されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
本発明の第１の態様は、プラズマを維持可能な領域内にＲＦ制御される電界形態を与えるための電極集合体である。この電極集合体は、下面と、上面と、外側エッジとを備えた上側電極を有する。プラズマを維持可能な前記領域は、前記下面近くにある。分割された電極が、上側電極の上面近くに、ほぼ平行に配設されており、各々が上面と下面とを備えた２つ以上の複数の分離された電極セグメントを有する。各電極セグメントは、上側電極の上面から対応した制御されるギャップだけ離間されている。
【００１１】
本発明の第２の態様は、上面の所で前記電極セグメントに取着された少なくとも１つのアクチュエータを有する、上述したような電極集合体である。アクチュエータは、上側電極の反対側の、プラズマを含む前記内部領域内のＲＦ電界とプラズマ密度形態とに影響を及ぼすように、収容する前記制御されるギャップの少なくとも１つを調節するように電極セグメントを移動させるためである。アクチュエータは、好ましくは、既存のものであり、アンチュエータ制御システムに電気的に接続されている。複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムが、前記複数の電極セグメントに、複数の電極セグメントＲＦ供給体によって夫々電気的に接続されている。このシステムは、また、前記上側電極に主ＲＦ供給体によって電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムをさらに具備する。さらに、このシステムは、前記ＲＦパワー供給システムをと、アクチュエータ制御システムと、プラズマ処理システムの他のサブシステムと制御する主制御システムを有する。この主システムは、複数の感知ライン、例えば、チャンバ圧力感知ライン、冷媒温度感知ライン、ＲＦパワー感知ライン、インピーダンス感知ライン等を介して、システム動作パラメータを受信する。また、このシステムは、プラズマ密度形態の変化に対応した複数のシステム動作パラメータ値と関連した情報を含み、前記主制御システムに電気的に接続されたデータベースを具備する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記電極セグメントの下面側にある第１の波形部と第１のスペースと、前記上側電極の上面側にある第２の波形部と第２のスペースとを有し、前記第１の波形部は、前記第２のスペ―スと対面している、本発明の前記第１もしくは第２の態様に係わる電極集合体である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、下壁と側壁とを有するプラズマチャンバと、基板を支持するための支持面を有する基板支持部材とを具備するプラズマ反応システムである。この基板支持部材は、前記下壁の近くに配設されている。このプラズマ反応システムは、さらに、前記上側電極の下面と基板の面とは、ほぼ平行であり、前記チャンバの側壁と組をなして、プラズマを含むことの可能な内部領域を規定するように、チャンバの側壁内の、前記基板支持部材近くに配置され、上述された本発明の第２もしくは第３の態様の電極集合体とを具備する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、プラズマ反応器の内部領域内のプラズマのプラズマ密度形態を、所望のプラズマ密度形態になるか近づくように調節する方法である。この方法は、前記内部領域の近くに、前記上側電極の下面が前記内部領域に面した、上述した本発明の第２の態様に係わる電極集合体を、最初に提供する工程を有する。次の工程は、プラズマ反応器を動作させると共に、複数の異なるプラズマ密度形態に対応した複数の動作状態と関連した複数のパラメータに関する情報を含むデータベースを形成することである。そして、次の工程は、プラズマに基板を晒すようにプラズマ反応器を動作させることによりエッチングもしく堆積速度形態を決定すると共に、基板に対するプラズマの影響を測定することを具備する。そして、次の工程は、前記データベースを使用することと、前記決定されたエッチングもしくは堆積速度形態と所望のエッチングもしくは堆積速度形態とを比較することを含む。そして、最後の工程は、前記電極セグメントの少なくとも１つを移動させることにより、前記所望のエッチングもしくは堆積速度形態に近づくように前記決定されたエッチングもしくは堆積速度形態を変更することである。
【００１５】
本発明の第６の態様は、所望のプラズマ密度形態に近い密度形態を有するプラズマで基板を処理する方法である。この方法は、本発明の前記第４の態様のプラズマ反応システムと関連して上述されたようなプラズマ反応チャンバを提供する最初の工程を含む。次の工程は、内部領域に少なくとも１種類のプラズマガスを供給することを含む。そして、この次の工程は、内部領域内に、関連した第１のプラズマ密度形態を有するプラズマを形成するように、上側電極と複数の電極セグメントとにＲＦパワーを与えることである。次の工程は、前記第１のプラズマ密度形態を測定することである。これは、例えば、ブランケットウエハをプラズマに晒し、例えば、エッチングもしくは堆積速度を測定することにより、なされ得る。次の工程は、前記プラズマ密度形態を変更させて、所望のプラズマ密度形態と一致もしくは近い第２のプラズマ密度形態を形成するように、前記上側電極に対して前記電極セグメントの少なくとも１つを調節することである。このようにプラズマ形態が調節されると、次の工程は、前記内部領域内で、前記基板支持部材上に基板を載置させることを含む。最後の工程は、前記基板を(即ち、調節された)第２のプラズマ密度形態で処理して、基板に所望の効果を生じさせることである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、プラズマ処理に関し、そして、特に、プラズマ処理装置に関連した電極、並びにプラズマを制御するための方法に関する。
本発明において、“形態（ｐｒｏｆｉｌｅ）”という用語と、”分布（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）“という用語とは、同じであり、プラズマ密度の分布、即ち、基板（ウエハ）面に対するプラズマ処理速度を意味するので、取り替え可能に使用されている。また、本発明は、エッチングや堆積を含む種々のプラズマプロセスに適用可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００１７】
プラズマ反応炉装置
図２ないし４に示すように、本発明のプラズマ反応炉システム１０は、上壁２２、下壁２４、側壁２６、並びにプラズマを含み得る内部領域３０を備えたプラズマチャンバ２０を有する。また、このシステム１０は、下壁２４近くの、チヤンバ２０内に、基板４０を支持するための支持面３４Ｓを備えた基板支持部材３４を有する。この支持部材３４は、下側電極として機能する。また、システム１０は、上壁２２の近くの、チャンバ２０内に、電極集合体５０を有する。この電極集合体は、上面５４Ｕ並びに下面５４Ｌを備えた一体的上側電極５４と、上面６０Ｕ、下面６０Ｌ、中心エッジ６０Ｃ、並びに外側エッジ６０Ｅを備えた分割された電極６０とを有する。この分割された電極６０は、図４の（Ａ）に示されるように、複数の電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎを有する。これら電極セグメントのうちの少なくとも１つは、好ましい実施の形態では独立して移動可能である。これら電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎは、好ましくは平坦（ｐｌａｎａｒ）もしくは実質的に平坦である。
【００１８】
図示並びに説明をわかり易くするために、４つのウエッジ形状の電極セグメント６２ａ−６２ｄのみが図４の（Ｂ）に示されており、また、２つの電極セグメント６２ａ，６２ｂのみが、図２並びに３の断面図で見ることができる。しかし、円形の電極セグメント６３ａ−６３ｄ（図４の（Ｃ））のような他の形状の電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎが可能であることは当業者により理解されるであろう。電極セグメントの特別な形状とセグメントの数とは、内部領域３０内に形成されるＲＦ電界の所望の形態と、必要な容量性カップリング面積とに依存するであろう。システム１０のようなプラズマ処理装置と関連した電界の複雑な性質のために、所望の電界を形成するような電極セグメントの最適な数と形状と配置とは、経験的にもしくはコンピュータのシュミレーションにより、決定されることが最良であろう。
【００１９】
第３図に示されるように、前記上側電極５４は、アルミニウムもしくは他の既知の適当な導電性電極材料のような金属により好ましくは形成される。この上側電極５４は、上面５４Ｕに開口した中心ガス導管６４を有する。このガス導管は、各々が下面５４Ｌに開口して内部３０に導かれた複数のガス導管６６ａ，６６ｂ…６６ｎに、好ましくは、枝分かれしている。
【００２０】
絶縁体のリング７０が、上側電極５４の外側エッジ５４Ｅを囲んでいる。このリング７０は、上壁２２に至るまでの種々の長さで延ばされ得、面６０Ｕもしくは他の面のレベルにする必要はない。この絶縁体のリング７０の下面７０Ｌは、図示されるように、側壁２６の内側に形成された棚２６Ｌの上に好ましくは乗っている。この絶縁体のリング７０は、セラミックのような絶縁材料で形成され、壁２６から上側電極５４を電気的に絶縁している。前記上側電極５４と電極セグメント６２ａ−６２ｄとは、制御されるギャップＧａ−Ｇｄ（ギャップＧａ，Ｇｂのみが図３に断面で示されている）により互いに離間されている。これらギャップＧａ−Ｇｄは、名目上１ｍｍであるが、この好ましい実施の形態においては、上側電極に対して電極セグメントの少なくとも１つを移動させる、以下に詳細に説明するアクチュエータ１１０の使用により、０．１ｍｍと２５ｍｍとの間で可変である。前記ギャップＧａ−Ｇｄのサイズの下限は、これらギャップ内の冷却流体の誘電ブレークダウンにより決定される。制御されるギャップＧａ−Ｇｄは、上側電極５４並びに分割された電極６０の表面面積と比較して小さいので、これら２つの電極は，容量結合されている。
【００２１】
電極チャンバ７２が、上側電極５４の上面５４Ｕと、絶縁体のリング７０と、チャンバの側壁２６と、チャンバの上壁２２とにより規定されている。図３に示すように、電極集合体５０のための好ましい実施の形態は、チャンバの壁２６と、上壁２２と、上側電極５４とに隣接した誘電体の側壁７５により構成され、中に電極集合体が収容されたモジュラーハウジング７４を有する。上側電極５４の前記下面５４Ｌは、内部領域３０に露出している。以下に詳述されるように、前記チャンバ７２は、電極セグメント６２ａ−６２ｄの周りと、上側電極５４の上と、制御されるギャップＧａ−Ｇｄの中とを循環する冷却流体を収容する機能を果たす。前記モジュールハウジング７４は、冷却流体を常時収容可能として、容易なメンテナンスのために、冷却流体のシステムをフラッシング（ｆｌｕｓｈｉｎｇ）することがなくて、全体のモジュールを容易に変更可能としている。
【００２２】
分割された電極
図４の（Ｂ）に示されているように、分割された電極６０は、上述されたように、４つのウエッジ形状のセグメント６２ａ−６２ｄを有するけれども、異なる形状のセグメントと同様に、これより多くても少なくても、図４の（Ａ）並びに図４の（Ｃ）に示されるように、等しく効果的に使用され得る。これらセグメント６２ａ−６２ｄは、セグメントを互いにほぼ電気的に絶縁するのに充分なように、スペーサ８０により他互いに分離されている。
【００２３】
図４の（Ｂ）において、３−３線に沿う断面は、図３に示される分割された電極６０の断面図と一致している。また、この分割された電極６０は、好ましくは、アクチュエータを電極セグメント６２ａないし６２ｄに装着するときに、アクチュエータ１１０（後述する）を受けるアクチュエータ用地８８を有する。各電極セグメントに対して２つのアクチュエータ用地が示されているけれども、使用されるアクチュエータの数に応じて３つ以上の用地が使用可能である。電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々は、電極セグメントを駆動するためのＲＦ電極セグメント伝送体（後述する）用の単一のコンタクト９６を有する。主ＲＦ伝送体（また、後述する）が、外側チャンバ２０から上側電極５４へと、分割された電極６０の中心間隙１００を通って延びている。かくして、この主ＲＦ伝送体の周囲には、電極セグメント６２ａないし６２ｄが配置される。
【００２４】
再び図２並びに３を参照すると、システム１０は、ピエゾ電子トランスデューサ、微調整リードねじ、磁気歪装置、ボイスレコーダ、等のアクチュエータを有する。各アクチュエータの一端は、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々の上面６２ａＳないし６２ｄＳに、前記アクチュエータ用地８８(図４の（Ａ）ないし（Ｃ）)の所で接続されている。また、各アクチュエータ１１０の他端は、電極チャンバ７２の上壁２２に取着されている。これらアクチュエータ１１０は、特別な１つもしくは複数の電極セグメントを上側電極５４に対して移動させる。このようにして、１つもしくは複数の制御されるギャップＧａないしＧｄが狭くなったり広くなったりされ得、内部領域３０内のＲＦ電界の形態に影響を及ぼす。
【００２５】
さらに、システム１０は、電極セグメント用のＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｄを有する。これら伝送体は、電極チャンバ７２の上壁２２中に設けられた同心的な絶縁体１１８ａないし１１８d中を通り、上面６２ａＳないし６２ｄＳに、コンタクト９６の所で接続されている。同様に、主ＲＦ伝送体１２０は、チャンバ７２の上壁２２中の同心的な絶縁体１１８ｅを貫通して、上側電極５４に接続されている。このＲＦ伝送体は、これの中に形成された中心ガス導管６４を有し、ガスがチャンバ３０の外に配置されたガス源から、上側電極５４の中心ガス導管を通って、チャンバ内部３０の中に流れることが可能となっている。前記ＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｂ、並びに１２６は、好ましくは、丸いロッド形状で、好ましい径（５ないし２５ｍｍ）を有している。これら伝送体は、上壁２２の下側に伸びた同心的な絶縁体により囲まれている。
【００２６】
図２を続けて参照すれば、システム１０は、基板(即ち、ウエハ)を基板支持部材３４へ載置並びに基板支持部材からの除去するために、プラズマチャンバ２０と動作的に接続したウエハ取扱いシステム並びにロボットシステム１４０を有する。また、チャンバをパージすると共にプラズマを形成するために、中心ガス導管６４に接続されたガス供給ライン１４５を介して、チャンバ２０と流体接続されたガス供給システム１４４が設けられている。このガス供給システムに含まれている特別なガスは、用途に応じている。しかし、プラズマエッチング処理のためには、ガス供給システム１４４は、塩素、臭化水素、オクタフルオロシクロブタン、並びに種々の他の炭化フッ素化合物等のガスを含む。また、化学蒸着堆積のためには、シラアクチュエータンモニア、タングステン−テトラクロライド、チタン−テトラクロライド等を含む。
【００２７】
また、システム１０は、前記上側電極５４に主ＲＦ伝送体１２０を介して電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５４を有する。また、このシステム１０は、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄに電極セグメントのＲＦ伝送体１１６ａないし１１６ｄを介して電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５６ａないし１５６ｄを有する。これらＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄの各々は、信号発生器１６０と、ゲインステージ（増幅器）１６４と、フエイズシフター１６６と、マッチングネットワーク１７０と、バンドパスフイルター１７２とを有する。前記マッチングネットワーク１７０は、ゲインステージ１６４の出力インピーダンス（代表的には５０Ω）をプラズマ並びに電極の負荷インピーダンス(代表的には１ないし１０Ωの範囲)に整合させる電子回路を有する。前記バンドパスフイルター１７２は、関連されたセグメント電極のＲＦ駆動信号の周波数を通過させるように設定されている。また、このフイルターは、前記マッチングネットワーク１７０と関連して、異なる周波数で動作している他のセグメントからのパワーが、前記ＲＦパワー供給システム１５４もしくは１５６ａないし１５６ｄへと戻るようにカップリングするのを防止する。
【００２８】
さらに、システム１０は、チャンバ２０と真空ライン１７８を介して流体接続された真空システム１７６を有する。また、前記電極チャンバ７２に、チャンバの上壁２２を通る入力流体ライン１８２１並びに出力流体ライン１８２ｏを介して、流体接続された冷却システム１８０を有する。この結果、冷却流体３００が電極チャンバの中へ、またここから外へと循環される。
【００２９】
システム１０は、また、アクチュエータを駆動するために、アクチュエータ１１０と動作的に接続されたアクチュエータ制御システム１８４を有する。好ましい実施の形態において、アクチュエータ１１０は、電気的なもの（例えば、ピエゾ電子トランスデューサ）であり、この場合には、前記アクチュエータ制御システム１８４は、アクチュエータに電気的に接続され、電気信号によりアクチュエータを駆動する。このアクチュエータ制御システム１８４は、後で詳述される主制御システム１１８４と動作的に接続されている。
【００３０】
さらに、システム１０は、前記ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄと電気的に接続されたＲＦ制御システム１８６を有する。この制御システムは、また、主制御システム１１８４に接続されている。この主制御システム１１８４は、前記ガス供給システム１４４と、真空システム１７６と、ウエハ取扱いシステム１４０と、冷却システム１８０とを制御するように、応答可能である。前記システム／コントローラ１４４，１４０，１８０，１８６，１８４，１７６並びに図示されていない種々の他の機構を制御することにより、主制御システム１１８４は、以下に説明されるように、システム１０を使用した基板４０のプラズマ処理を制御する。一例の主制御システム１１８４は、データ収集並びに制御能力と同様に、ＰＥＮＴＩＵＭ（商標名）プロセッサーのようなプロセッサーとメモリとを備えたコンピュータである。また、制御システム１１８４のために適したコンピュータは、Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｄａｌｌａｓ， Ｔｅｘａｓから入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＹＡＴＩＯＯＮ ６１０（商標名）である。
【００３１】
上記プラズマ反応炉システム
図２並びに３を続いて参照して、プラズマ反応炉システム１０の動作が以下に説明される。
【００３２】
最初に、電極集合体５０により形成される電界に対する内部領域３０内に形成されるプラズマの応答は、非線形であるため、所望のプラズマ処理結果を得るようにシステム１０を動作させる主制御システム１１８４を使用するプロセスは、主制御システム１１８４と電気的に接続したデータベースを形成するテストの経験（ＤＯＥ）セットのデザインを果たすことを、好ましくは含む。このＤＯＥ処理は、冷却流体３００の温度Ｔ、内部領域３０の圧力Ｐ、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々並びに上側電極５４に供給されるＲＦパワー量等の動作状態の領域全体に渡る複数の動作パラメータに対してなされる。このＤＯＥ処理は、システム１０のデザインに重要な変更がある場合には、繰り返される必要がある。例えば、電極セグメント６２ａないし６２ｄの数並びに／もしくは形状が、異なるプロセスの要求を許容するために変更される場合には、ＤＯＥ処理をやり直した方が良い。
【００３３】
前記ＤＯＥ処理は、制御ギャップＧａないしＧｄの種々のセッテング、ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄ等を含む種々の異なるエッチング状態のもとでの、シリコンウエハのような１セットのベア（即ち、ブランケット）基板をエッッッチングすることを、例えば、含む。同様に、ベア基板上へのプラズマ堆積は、また、なされ得る。そして、各基板の表面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が、既知の技術を使用して測定される。この基板の表面形状は、エッチングもしくは堆積の均一性の表示を与え、この結果、プラズマ密度プロフィールの均一性の表示を与えて、ＲＦ電界プロフィールの直接表示をする。この経験的な上方は、ルックアップ表としてデータベース１９０にストアされ得る。
【００３４】
このデータベース１９０は、コンピュータのメモリ（これは主制御システムの一部）にストアされ得、最適なパラメータのセッテングを果たす、上述されたようなデータを与えるように、主制御システムを介してもしくはこれにより、アクセス可能である。
【００３５】
情報の所定のセッテング（例えば、コンピュータプログラム）が、最初のロードされて主制御システム１１８４にストアされ、基板４０のプラズマ処理のための使用者限定レシピを履行する。次に、制御システム１１８４は、基板支持部材３４に対する基板（ウエハ）４０のローディングとアンローディングとを果たすように、ウエハ取り扱いシステム１４０に第１の電気信号を送る。基板４０は、電極集合体５０に対する下側電極として機能する。次に、制御システム１１８４は、前記ガス供給システム１４４からのパージガス（例えば、窒素）でプラズマチャンバ２０のパージングを果たすように、ガス供給システム１４４に第２の電気信号を送る。そして、制御システム１１８４は、プラズマチャンバ２０内で所定のプラズマを維持するように、真空システム１７６への第３の電気信号を発生する。チャンバ２０内の代表的な動作圧力は、１ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲であるが、プラズマ処理に応じて、この範囲からかなり外れ得る。
【００３６】
次の動作工程において、制御システム１１８４は、適当なプラズマを形成可能で、プラズマチャンバ２０からガス供給システムへの上述したようなガスの流れを調節するように、ガス供給システム１４４に第４の電気信号を送る。そして、制御システム１１８４は、ＲＦパワーを前記分割された電極の電極セグメント６０ａないし６０ｄに供給するように、第５ないし第８の電気信号をＲＦパワー供給システム１５６ａないし１５６ｄに、夫々送る。次に、制御システム１１８４は、ＲＦパワーを上側電極５４に供給するように、第９の電気信号をＲＦパワー供給システム１５４に送る。これは、プラズマチャンバ２０の内部３０にプラズマ２００を発生させる。このプラズマ２００内のＲＦ電界の特別な分布は、上側電極５４への電極セグメント６２ａないし６２ｄからの、かくしてプラズマ２００への上側電極５４からの容量性カップリングに依存している。この上側電極５４を駆動するＲＦパワー供給システム１５４のための好ましい周波数は、６０ＭＨｚであるけれども、本発明は、他の周波数、特にこれよりも高い周波数でも良く動作する。電極セグメント６２ａないし６２ｄの駆動周波数は、メガヘルツの範囲でもまた好ましいけれども、上側電極５４の波長と同じ必要ではなく、また、上側電極のＲＦ周波数の高調波である必要もない。
【００３７】
データベース１９０での情報に基づく次の動作工程において、制御システム１１８４は、所望のプラズマ密度形態と一致するかすくなくとも近いプラズマ密度形態２０２を得るために前記制御ギャップＧａないしＧｄを調節するように、駆動アクチュエータ１１０にアクチュエータ制御システム１８４に第１０の電気信号を送る。所望のプラズマ密度形態は、均一な形態、もしくは、特定のプラズマ処理特性、例えば、エッチングもしくは堆積特性
を与える非均一な形態で良い。この所望の形態は、理想化されたものとして決定され得るか、データベース１９０にストアされている情報を使用して、利用できる動作状態に基づいて利用できるプラズマ密度形態のうちの１つから選ばれ得る。図１の従来の分割された電極７００とは異なり、本発明の電極集合体は、プラズマと接触する面においてではなく、上側電極５４の上面５４Ｕからの領域３０内での電界を制御する。この結果、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄは、プラズマ２００に直接晒されることはない。
【００３８】
所望のプラズマ密度形態に近いかこれと同じプラズマ密度形態を形成する過程において、プラズマの状態を決定するように、データベース１９０を形成する上記方法において、テスト基板または複数の基板を処理することが好ましいか、必要である。プラズマの状態が、結果のテスト基板または複数の基板の測定によって評価されると、この状態は、データベース１９０で確認され得る。そして、これは、この測定されたプラズマ密度形態が、所望のプラズマ密度形態に一致もしくは近づくように変えられるように、システム１０の動作パラメータをセッテングする方向性を与える。この場合、テスト基板もしくは複数の基板が処理されかつ評価された後に、上記工程が、新たなプラズマ密度形態で処理されるように、基板での処理において繰り替えされる。
【００３９】
次の工程において、制御システム１１８４は、前記電極チャンバ７２を通る冷却流体の流れが、基板を処理する動作の間制御された温度に電極集合体５０を維持するように調節されるように、冷却システム１８０に第１１の電気信号を送る。
【００４０】
基板４０の処理が完了すると、前記制御システム１１８４は、真空システム１７６に第１２の電気信号を送り、ウエハのアンロードがなされるセッテングにチャンバ２０の圧力が調節される。最後に、制御システム１１８４は、前記ウエハ取り扱いシステム１４０に第１３の電気信号が送られ、基板４０は、反応炉チャンバ２０から取り出される。
【００４１】
分割された電極を備えた電極集合体の目的
本発明の電極集合体５０の分割された電極６０の目的は、上側電極５４を駆動するＲＦ信号により、内部領域３０内でのＲＦ電界の不均一に対する補償を可能にするためである。このような電界の不均一性は、プラズマ密度分布の不均一を生じさせて、エッチング、堆積、もしくは他のプラズマ処理での不均一を生じさせる。ＲＦ電界の補償は、本発明では、分割された電極を有することによりなされる。この電極は、好ましい実施の形態においては、プラズマと接する上側電極との間に可変のギャップを有している。
【００４２】
図５に示されるように、上側電極５４によるＲＦ電界Ｕは、電界の基本的な形態を決定する。しかし、このＲＦ電界Ｕは、非均一であり、例えば、中間にピークＰを、また、このピークの両側に谷部(最小)Ｍを有している。
【００４３】
本発明の分割された電極６０は、ＲＦ電界の均一性からの逸れに対する補償を果たし、均一な(即ち、フラットな)電界か、所定の形態の電界を発生させる。前記電極セグメント６２ａないし６２ｄ（もしくはより一般的には、図４Ａに示されるようなセグメント６２ａないし６２ｎ）の各々は、基板４０の一部のみの上方に位置し、各セグメントは、基板の一部のみに主に影響する電界を発生する。かくして、例えば、図４Ｂに示されるような形状の電極６０を使用すると、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々は、電極６０の垂直中心線の一側側に位置する、基板４０の上方の領域内で、電極の下側に比較的広いピークを有するＲＦ電界(例えば、図５で電極セグメント６２ａ，６２ｂと関連した電界Ａ，Ｂ)を発生させる。この電界は、中心線の反対側に位置する基板４０の上方の領域の電界に対してはほとんど貢献しない。対称的に配置された複数の電極セグメントを使用することにより、各電極セグメントからの広いピークが、上側電極５４から電界Ｕの両側方谷部とアラインメントされ得る。上側電極５４を含む電極セグメントの全てからの組み合わされたＲＦ電界Ｄは、比較的緩やかであり、例えば、個々のＲＦ電界Ｕ，ＡもしくはＢのいずれよりもかなり緩やかである。同様に、対応するＲＦ磁界は、比較的緩やかであり、かくして、プラズマ密度分布も緩やかである。
【００４４】
本発明の分割された電極６０は、径方向と同様に方位角方向に対してもＲＦ電界の形態を調節する能力を有する。従来の分割された電極は、同心状の複数のリングで代表的には形成されており、電界の径方向の変更のみを可能としている。本発明にデザインにおいて、方位角方向の電界の非均一性の矯正は、分割された電極６０の両側にある電極セグメント６２ａないし６２ｄに非対称的にバワーを供給することによりなされる。さらに、所望のエッチング、堆積もしくは他のプラズマ処理の効果を果たすような所定の電界の非対称性（線対称もしくは非線対称）は、電極セグメントへの所定の適切なパワーの供給により達成され得る。
【００４５】
本発明の好ましい実施の形態において、電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎ（図４の（Ａ））が駆動される周波数は、一定である。しかし、各電極セグメントに対する駆動周波数の振幅と位相とは、制御システム１１８４，１８６からの電気信号に基づいて電極セグメントＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎを調節することにより、独立して制御され得る。従って、電極セグメント６２a，６２b，…６２ｎによるピーク電界の振幅は、最適なエッチング、堆積、もしくは他のプラズマ処理を果たすために、所望のＲＦ電界特性を与えるように変えられる。
【００４６】
あるセグメント電極のＲＦ電界のピーク位置を替えるためには、周波数の制御が必要である。電極セグメントＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎにより電極セグメント６２a，６２b，…６２ｎに供給されるＲＦパワーの位相と振幅とは、非均一なＲＦ電界を形成するように調節され得る。このような電界は、前処理工程から生じる基板上での中心に対するエッジ（ｃｅｎｔｅｒ ｔｏ ｅｄｇｅ）並びに／もしくは方位方向の不均一性の存在を補償するためには望ましい。従って、本発明は、必要なときにはいつでも、均一性を良くするか、特別な目的のために電界を形成するように、ＲＦ電界の形態の全体に渡る制御を与えることを可能にしている。
【００４７】
電極セグメント６２ａ，６２ｂ，…６２ｎと電気的に接続されたＲＦパワー供給システム１５６ａ，１５６ｂ，…１５６ｎの周波数制御により、電極セグメントの電界のピーク場所の径方向の位置（ｒａｄｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｌｏｃａｔｉｏｎ）が可能となる。また、比較的高い周波数を使用することにより、電極セグメントの比較的鋭い電界ピークが与えられる。さらに、周波数掃引が処理中の適当なときに、径方向にピークを移動させることにより、電界ピークを広げるために使用され得る。
【００４８】
従来において、マッチングネットワークの同調可能な出力キャパシタが、システムが適当にイピーダンス整合され得るような本質的な同調機能を与えるように代表的に使用されている。本発明では、このような同調可能な出力キャパシタは、これの機能は、電極セグメントにより、また、アクチュエータ１１０を使用してギャップＧａないしＧｄでの容量結合を制御することにより、代替され得るので、上記実施の形態のマッチングネットワーク１７０の一部で手ある必要はない。
【００４９】
冷却システム
従来のプラズマ反応器では、上側電極内に流体が充填されるキャビティが形成されている。この流体の目的は、キャビティ内で流体を循環させることにより、電極を冷却することである。しかし、本発明においては、冷却流体３００（図３）は、上側電極５４の上面５４Ｕ上の電極チャンバ７２内で循環される。この結果、上側電極自体に冷却キャビティを形成する必要が無いので、上側電極５４をかなり薄くすることができる。冷却流体３００は、電極セグメント６２ａないし６２ｄと上側電極５４の上面５４Ｕとの間の制御ギャップＧａないしＧｄの中を流れるので、冷却流体は、誘電体でなければならない。かくして、この流体３００は、また、電極セグメント６２ａないし６２ｄと上側電極５４とにより形成されたキャパシテイ中の誘電体としても機能する。本発明においては、この冷却流体は、過フッ化炭素、例えば、３ＭＦＣ８４，Ｇａｌｄｅｎ ＨＴ１３５等のような誘電体液体である。
【００５０】
冷却液体３００として誘電体液体を使用し、この冷却液体を上側電極５４の上面５４Ｕ全体に渡って循環させることにより、上側電極の厚さを約２０ｍｍ、もしくは電極内のガス分配チャンバを収容するのに必要な最少の厚さへと、約５０％減少させることができる。このことは、電極集合体５０のデザイン、製造並びに組み立てを極めて簡単にすることができる。また、この上側電極５４における厚さの減少は、プラズマ２００に晒される上側電極５４の下面５４Ｌを、上側電極自体に冷却用チャンネルが形成されていないのにも拘わらず、適当に冷却することができる。また、前記電極セグメント６２ａないし６２ｄは、冷却流体３００に浸されているので、電極セグメントの中に形成されるる冷却ライン並びにガスラインを必要としない。この結果、電極セグメントは、非常に薄く（例えば、数ミリメートル）形成することができ、容易に冷却され得る。
【００５１】
アクチュエータ制御システム
図６を参照すると、アクチュエータ１１０と電気的に接続されたアクチュエータ制御システム１８４が、オープンループ形式で動作され得るが、好ましくは、主制御システム１１８４によってクローズループ形式で動作される。これは、主制御システムの誘電体特性が僅かに温度依存性を示し、また、システム１０の全ての他の動作パラメータが一般的に変動するためである。従って、主制御システムの温度変化やシステム１０の他の変化による結合インピーダンスの変化に対して自動的な補償をなすことが好ましい。この能力は、また、主制御システムの性質が時間に応じて変化するので、特に重要である。この主制御システムは、定期的に交換されることが必要であり、この交換する冷却流体は、前のものと正確に同じ誘電体特性を有する必要はない。
【００５２】
前記主制御システム１１８４とアクチュエータ制御システム１８４とは、制御ギャップＧａないしＧｄのサイズをかえることにより、主制御システムの特性の変化に対して補償することができる。さらに、電極セグメント６２ａないし６２ｄは、制御されるキャバシタとして機能し、上述したように、プラズマ負荷に対するＲＦパワーシステム１５４，並びに１５６ａ，１５６ｂのインピーダンス整合に使用され得る。従って、電極セグメント６２ａないし６２ｄは、プラズマ負荷と、ＲＦ供給ライン１１６ａないし１１６ｄ並びに１２０に生じるプラズマ負荷インピーダンスと、チャンバ圧力、誘電体冷媒流体温度等の他のパラメータにより導かれるＲＦパワーに基づくループで制御される必要がある。
【００５３】
ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄにより発生されるＲＦパワーは、ＲＦ伝送体１２０並びに１１６ａないし１１６ｄに設けられた通常のＲＦパワー並びにインピーダンスセンサー３２８により夫々感知される。このＲＦパワー並びにインピーダンス測定結果は、信号ライン３３２を介して主制御システム１１８４に供給される。また、この主制御システム１１８４には、信号ライン３３６を介してチャンバ圧力についてと、センサー並びに信号ライン３３４を介して誘電体冷却液体の温度についてとの電気信号の形態の情報が供給される。これら信号並びに図６に示されていない他の信号は、果たされるプラズマ処理（例えば、前述しデータベース１９０にストアされているＤＯＥを介して）のために決定された動作パラメータセットポイントと、主制御システム１１８４で比較されて、相違が検出された場合には、制御信号が、種々の制御サブシステムに送られる。このようにして、クローズループ制御がなされる。
【００５４】
前記主制御システム１１８４により制御されるサブシステムのなかには、ＲＦ制御システム１８６がある。このＲＦ制御システムは、前記ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄのＲＦパワー出力と位相とを制御する。このパワー出力の制御は、ＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄの各々に含まれているＲＦ増幅器１６４の利得を調節することによりなされる。一方、前記利得は、位相シフター１６６（例えば、図２に示す）のセッテングを調節することにより、制御される。可変周波数供給の場合（例えば、以下に説明されるようにＲＦ電界ピークを移動させるため）、前記主制御システム１１８４は、また、信号発生器１６０のＲＦ周波数をセッテングすることにより、周波数を制御する。また、アクチュエータ制御システム１８４並びに電極アクチュエータ１１０を介しての電極セグメント６２ａないし６２ｄから上側電極５４への容量結合も制御される。これらアクチュエータ１１０は、電極セグメントと上側電極との間の制御ギャップＧａないしＧｄを制御するように機能する。同じ電極セグメント６２ａないし６２ｄに関連した複数のアクチュエータ１１０が、これらアクチュエータが同時に駆動され、また、同じ移動距離だけこれらに関連した電極セグメントを変位させるように（即ち、電極セグメントが上側電極５４に平行に維持される）、単一の制御信号ライン３２６により供給される信号により制御され得る。代わって、同一の電極セグメントと関連した２つのアクチュエータの各々は、別の制御ライン３２６により供給されるる信号により制御され得る。
この結果、２つのアクチュエータは、異なる移動距離で対応した電極セグメントを変位させて、各電極セグメントが、水平に対して傾斜するのを可能にして、さらなる容量結合の可変制御を与え得る。
【００５５】
図７には、前記アクチュエータのためのアクチュエータ制御システムの第２のブロック概略図が示されている。この図で、Ｔは温度、Ｚはインピーダンス、ＲＦ ＰＷＲはＲＦパワー、そして、Ｐは圧力である。システム１０の動作と関連して上述されたように、アクチュエータ制御システムの動作は、データベース１９０にデータとしてストアされているデザイン経験からの情報に基づく。
【００５６】
従って、連続して図７を、そして再び図６を参照すると、動作において、アクチュエータ１１０の制御プロセスは、（１）誘電体冷却液体３００の温度Ｔとチャンバ２０の圧力Ｐとを検出して、この情報を第１並びに第２の電気信号によって主制御システム１１８４に送る工程と、（２）プラズマ負荷インピーダンスＺと、電極セグメント６２ａないし６２ｄの各々並びに上側電極５４でのＲＦ信号の出力されたＲＦＰＷＲとを検出して、この情報を更なる電気信号の形態で主制御システムに送る工程と、（３）ランされるプロセスのために決定されるパラメータに基づいて、データベース１９０内の適当な応答を検索する工程と、（４）所望のプロセス結果を与える所望のプラズマ形態を形成するようにアクチュエータ制御システム１８４からの電気信号によりアクチュエータを調節する（もしくは、ＲＦ制御システム１８６からの電気信号によりＲＦパワー供給システム１５４並びに１５６ａないし１５６ｄを調節する）工程とを有する。
【００５７】
電極集合体の真空シール
図３を参照すると、このデザインでは、上側電極５４は、単一片の金属でできており、２つのみの真空シールＶ１，Ｖ２が、電極集合体５０をシールするように必要とされている。これら真空シールＶ１，Ｖ２は、例えば、Ｏ−リングである。シールＶ２は、内側空間３０側のチャンバ壁２６に形成された棚部２６Ｌ上に配置されている。この棚部２６Ｌは、また絶縁体のリング７０を支持している。前記シールＶ１は、この絶縁体リングの上面７０Ｓとモジュラーハウジングの誘電体側壁７５との間に配置されている。電極集合体５０に関連し、減じられた数の真空シールにより、システム１０は破損に対して耐性ができ、また、この電極集合体の維持が容易となっている。
【００５８】
波形の電極を備えた電極集合体
上述されたように、電極セグメント６０と上側電極５４との結合は、容量結合である。そして、両電極の面は平坦であるので、キャパシステムタンス（フリンジフイールド効果は無視）は、平行平板キャパシタにより近似される。このキャパシタンスは、Ｃ＝εＡ／ｄにより与えられる。ここで、εは、キャパシタの上板と下板との間の材料の誘電率であり、Ａは、電極セグメント６２の全面積であり、そして、ｄは、板間の距離である。この容量結合は、板を互いに接近させることにより大きくされ得る。しかし、このようにすると、板間での誘電体の高電圧ブレイクダウンのリスクが大きくなる。また、狭いギャップサイズでは、システムは、小さいギャッブ変化に対して非常に影響されるようになるので、キャパシタンスを大きく変化させる振動のリスクがある。（例えば、ギャップＧａがギャップＧｂよりも大きく、またギャップの距離の変動がδの場合、Ｇｂ＋δに対するＧａ＋δのキャパシタンスでの影響は少なくなる）。
【００５９】
容量結合を変えるように電極（板）間のギャップを狭くする代わりは、キャパシタ面積Ａを変えることである。本発明では、電極セグメント６０の平面の面積を簡単に大きくすることが可能であるが、このようにすると、電極セグメントと関連したＲＦ電界の全体の形態に悪影響を与えるので、好ましい選択ではない。しかし、図８並びにこの図に示された電極集合体４００を参照すると、波形の電極セグメント４０６を形成するように電極セグメントにスペース４０４を有する波形部４０２を付加することにより、上側電極５４の上面５４Ｕと電極セグメント６０の下面６０Ｌとの面積を大きくして、キャパシタの面積を著しく大きくすることが可能である。両波形部４０２、４１０は、スペース４０４が波形部４１０と対応し、波形部４０２がスペース４１２と対応するように、オフセットされている。後者は、波形部４０２よりも少し大きくなるようにサイズが設定されている。即ち、波形部４０２の幅は、スペース４１２の幅よりも少し狭くなっている。
【００６０】
キャパシタ面積のこのような増加により、波形の電極セグメント４０６と波形の上側電極４１４との間の制御されるギャップＧａないしＧｄの平均サイズＧｍの僅かな変化に対するキャパシタンスの感度が非常に減少される。この結果、システム１０の制御が容易となり、また、電極集合体４００の振動を最少にしている。
【００６１】
電極集合体４００の好ましい例において、アクチュエータ１１０は、波形部４０２の所定の所の中に突出されて、波形部の底もしくはこの近くで電極に取着され得る。この結果、ピエゾ電気積層トランスデューサのような、比較的大きいストロークを有する大型のアクチュエータ１１０の使用が可能となっている。このことは、長いストロークのアクチュエータは、望ましいが、利用可能にするためには広いスペースが代表的には必要であるので、重要な態様である。ここで、前記波形部４０２は、このような長いストロークのアクチュエータのための適当なスペースを提供する。
【００６２】
従って、波形の分割された電極４０６を有する電気集合体４００は、上述した（平坦な）電極セグメント電極６０を有する電極集合体５０と同じ問題を解決している。さらに、この電極集合体４００は、キャパシタンス面積が大きいので容量結合が大きくなっているので、システムの信頼性が低下するであろう制御されるギャップＧａないしＧｄのサイズに対して不都合な影響を与えることがなくプラズマの制御がより均一となる。また、本発明の実施の形態は、冷却流体３００に晒される電極の面積が比較的大きく、この流体が循環するギャップが大きいので、前記電極集合体５０よりも電極集合体４００を良好に冷却することができる。
【００６３】
アクチュエータを備えていない分割された電極を有する電極集合体
図９を参照すると、断面で見ることができる電極セグメント４６２ａ，４６２ｂを備えた分割された電極４６０を有する電極集合体４５０が示されている。この電極集合体４５０は、上述した電極集合体５０の変形例であり、これと類似しているけれども、アクチュエータ１１０とこれと対応するアクチュエータ制御システム１８４とが無い。この実施の形態で、プラズマ２００全体の制御は、前記分割された電極６０と関連して説明されたのと同様にして、外部のＲＦパワー供給源１５４並びに１５６ａないし１５６ｄにより供給されるＲＦパワーの調節によりなされる。この電極集合体４５０は、前記電極集合体５０のような汎用性はないが、特に低コストが高機能よりも重要な特定のプラズマ処理の適用に対して好ましい変更を与える。この電極集合体４５０は、好ましい実施の形態と関連して上述された前記電極集合体５０と同様の基本的な問題を解決しているが、動作状態の狭い範囲に渡ってである。
【００６４】
分割された電極を有する電極集合体と液体並びに／もしくは固体誘電体
図１０には、制御されるギャップＧａないしＧｄの１もしくは複数（Ｇａのみが断面で示されている）内の誘電体が、固体の誘電体層５１０と液体誘電体５２０との組合わせであり、後者が、好ましくは冷却流体３００の形態である、本発明に係わる電極集合体５００の一部が示されている。この実施の形態の電極集合体５００は、（平坦な）分割された電極６０と組み合わされて説明されるが、波形の分割された電極もまた使用することができる。
【００６５】
前記誘電体層５１０は、上側電極５４の上面５４Ｕに固定もしくは支持され得るか、分割された電極６０に固定され得る。この誘電体５１０が、図１０に示されるように、上側電極５４に装着される場合には、誘電体層５１０の好ましい形状は、夫々の半径が分割された電極６０Ｃ，６０Ｅの中心エッジと外側エッジとの半径と同じ半径を有する中心エッジ５１０Ｃと外側エッジ５１０Ｅとを備えた環状ディスクである。この誘電体５１０が電極セグメント６０に装着される場合には、この形状とサイズとは、電極セグメント自身と同じである。誘電体層５１０は、Ａｌ２Ｏ３、ポリィミド、石英、ＰＴＦＥ（テフロン：商標）、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ等の広範囲の誘電体材料のいずれかで形成され得る。アクチュエータ１１０による分割された電極の充分な移動範囲を確保するために、異なる厚さと誘電率とを有する種々のサイズの誘電体層５１０が使用され得、所望のキャパシタンス範囲を果たすように交換され得る。電極セグメントが移動可能でない分割された電極４６０の場合、誘電体層５１０は、ギャップＧａないしＧｄの全体を満たすことができる。この場合、制御されるギャップＧａないしＧｄは、５０ミクロンのように狭くて良い。このような固体の誘電体の使用は、上述した固体の誘電体材料は、液体誘電体よりも高いブレイクダウン電圧を代表的に有しているので、電圧のブレイクダウンからのさらなる保護水準を与える。
【００６６】
分割された電極のメンテナンス
再び図２並びに３を参照すると、分割された電極集合体５０は、好ましい実施の形態では、プラズマチャンバ２０から容易に取り外し可能なモジュラハウジング７４内に全体が収容されている。このために、プラズマ処理システム１０のフイールドメンテナンスが容易にできる。システム１０をメンテナンスする好ましい方法は、第１の電極集合体５０を全体に渡って（即ち、モジュールとして）、同じもしくは異なる（即ち、第２の）集合体（モジュール）５０と交換することを含む。これら電極集合体５０は、例えば、工場で製造している間に、好ましくは目盛られる（ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ）。種々の数の電極セグメントとメモリ（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）とを有する電極集合体の数は、種々の処理を可能にするように、システム１０において交換可能である。
【００６７】
第１のプラズマ密度形態とは異なる第２のプラズマ密度形態を必要とする新しい処理が、システム１０を使用して果たされる場合を、例えば考える。本発明においては、第１のプラズマ密度形態を形成するための現在（第１）の電極集合体５０が取り外されて、第２のプラズマ密度形態と関連した新たな処理のためにデザインされかつ目盛られた第２の電極集合体と交換され得る。これは、システム１０の再構成と再目盛付けとを果たさなければならないエンドユーザをなくす。ここで、第１のプラズマ密度形態と第２のプラズマ形態とは、実質的に同じでも別でも良い。さらに、第１並びに第２のプラズマ形態と関連した両処理は、第１並びに第２のウエハもしくは同じウエハ（即ち、第１のウエハと第２のウエハとは同じウエハで良い）に対してなされ得る。
【００６８】
モジュラーハウジング７４を有するシステム１０の好ましい実施の形態において、分割された電極集合体５０の交換は、この集合体がプラズマチャンバ２０から取り外されるときに、１つの真空シール（即ち、真空シールＶ１）のみを破ることを含む。電極集合体５０を容易に取り外し得ることは、電極集合体の取り外しと交換の後に真空がリークされる可能性を減少させている。このことは、多くの真空シールが、電極集合体を交換するために破られる必要がある図１に示された従来の分割された電極と比較して好ましい。さらに、本発明のシステム１０において、切離される必要がある１つの処理ガスライン１４５と、２つの冷却流体ライン１８２ｉ，１８２ｏのみがある。この結果、新たな（第２の）分割された電極集合体５０の設置の後のシステムの機能不全の可能性が減少する。前記データベース１９０のために設定される新たな動作パラメータデータが、新たな（第２の）分割された電極集合体にも与えられるべきであり、また、主制御システム１１８４にインストールされるべきである。この結果、処理システム１０は、新たな（第２の）分割された電極集合体５０に対して最適に動作されるであろう。
【００６９】
本発明の多くの態様と効果とは、詳細な説明が明らかであるので、本発明の真の精神並びに範囲に従って開示した方法の態様と効果とを全てカバーするように請求項は意図されている。さらに、多くの変更と交換とが、この分野の通常の知識を有するものにとって容易であるので、図示されかつ説明されただけの構造と動作とに本発明を限定することは望ましくない。また、現在では複雑である半導体技術で使用される関連した装置と方法と同様の本発明の方法と装置とが、動作パラメータの適当な値を経験的に決定することによるか、所望の適用のために最良のデザインで達成するようにコンピュータシュミレーションをなすことにより度々最良に現実化される。従って、全ての適当な変更と均等とが、本発明の精神並びに範囲内であるとして考えされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、プラズマ反応炉に収容されるような例示的従来技術の分割された電極の概略的な断面図である。
【図２】 図２は、本発明に係わるプラズマ反応炉システムの概略図である。
【図３】 図３は、図２に示す反応炉のチャンバの概略的な断面図である。
【図４】 図４の（Ａ）は、上側電極が下に位置し、ｎ個の電極セグメントと、これら電極セグメントに夫々接続されたｎ個のＲＦパワー供給システムとを有する本発明に係わる一般化した分割された電極の平面図であり、（Ｂ）は、上側電極が下に位置し、（Ａ）に示す電極セグメントと類似しており、４つの対称的に配置された電極セグメントを有する、本発明の一実施の形態に係わる分割された電極の平面図であり、そして、（Ｃ）は、上側電極が下に位置し、電極セグメントが円形である、本発明に係わる分割された電極の異なる実施の形態の平面図である。
【図５】 図５は、図２の電極集合体により形成される可能性のある電界の不均一性の表示としての基板表面を横切る（即ち、基板の径に沿う）、基板表面に垂直な例示的なＲＦ電界成分の用強度部分布図であり、ここで、Ｕは、上側電極のみによる電界を、Ｂは、前述した電極セグメントに対向した電極セグメントによる電界を、そして、Ｄは、上側電極と電極セグメントとによる組合わせられた電界を示す。
【図６】 図６は、本発明に係わる制御システムとプラズマ反応チャンバとの第１の概略図である。
【図７】 図７は、制御システムの種々の入力と出力とを示す、本発明に係わる制御システムの第２のブロック図である。
【図８】 図８は、波形部が形成された分割された電極と波形部が形成された上側電極とを有する、本発明の第２の実施の形態に係わる電極集合体の一部の概略図である。
【図９】 図９は、図２並びに図３の（Ｂ）に示す分割された電極と類似しているがアクチュエータが無い分割された電極を有する、本発明に係わる電極集合体の第３の実施の形態の概略的断面図である。
【図１０】 図１０は、少なくとも１つの電極セグメントと上側電極との間に設けられた固体誘電体層を有する、本発明の第４の実施の形態に係わる電極集合体の一部の概略的断面図である。
Claims (58)
- プラズマを維持可能な領域内にＲＦ制御される電界形態を与えるための電極集合体であって、
ａ）下面と、上面と、外側エッジとを有し、プラズマを維持可能な前記領域が前記下面近くにある単一の上側電極と、
ｂ）各々が上面と下面とを備えた２つ以上の複数の分離された電極セグメントを有し、前記上側電極の上面近くに配置され、前記上側電極と前記電極セグメントの各々との間のギャップが制御可能であり、前記上側電極の上面から対応した制御されるギャップだけ離間されている分割された電極と、
前記少なくとも１つの電極セグメントに、少なくとも１つの電極セグメントＲＦ供給体によって電気的に接続された少なくとも１つの電極セグメントＲＦパワー供給システムと、
前記上側電極に主ＲＦ供給体によって電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムと、
前記上側電極と少なくとも１つの前記電極セグメントＲＦパワー供給システムとに電気的に接続されたＲＦ制御システムとを具備し、
前記分割された電極および前記上側電極は、前記分割された電極が前記上側電極によって前記プラズマから隔離されるように、シールされている、電極集合体。 - 少なくとも１つの電極セグメントの上面で電極セグメントに装着され、
前記制御されるギャップの少なくとも１つを調節するように電極セグメントを移動させる少なくとも１つのアクチュエータをさらに具備する請求項１の電極集合体。 - 前記アクチュエータは、ピエゾ電子トランデューサである請求項２の電極集合体。
- 前記電極セグメントの下面側にある第１の波形部と第１のスペースと、前記上側電極の上面側にある第２の波形部と第２のスペースとをさらに具備し、前記第１の波形部は、前記第２のスペ―スと対面している、請求項１の電極集合体。
- 前記電極セグメントの下面側にある第１の波形部と第１のスペースと、前記上側電極の上面側にある第２の波形部と第２のスペースとをさらに具備し、前記第１の波形部は、前記第２のスペ―スと対面している、請求項２の電極集合体。
- 前記第２のスペースは、前記第１の波形部よりも少し大きいサイズである請求項４もしくは５の電極集合体。
- 前記少なくとも１つのアクチュエータは、対応した前記第１のスペースの中に突出している請求項５の電極集合体。
- 前記少なくとも１つのアクチュエータに、アクチュエータを制御するように電気的に接続されたアクチュエータ制御システムをさらに具備する請求項２の電極集合体。
- 前記アクチュエータとＲＦ制御システムとに電気的に接続された主制御システムをさらに具備する請求項１の電極集合体。
- チャンバ内の圧力センサーと、分割されたて電極集合体に設けられた温度センサーとをさらに具備し、これら両センサーは、前記主制御システムに電気的に接続されている、請求項９の電極集合体。
- 前記主制御システムに電気的に接続され、種々のプラズマ密度形態に対応した複数のパラメータ値に関連した情報を有するデータベースをさらに具備する請求項１０の電極集合体。
- 前記主ＲＦパワー供給システムと、複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムとは、信号発生器と、ゲインステージと、フェイズシフターと、マッチングネットワークと、バンドパスフイルターとを有する請求項１の電極集合体。
- 前記上側電極の外側エッジを囲んだ絶縁リングをさらに具備する請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記複数の電極セグメントと外側エッジとを囲んだモジュラーハウジングをさらに具備し、このモジュラーハウジングは、誘電体の側壁と上壁とを有し、これら側壁と上壁とは、前記上側電極の上面と組をなして、誘電体の冷却流体を収容する電極キャビティを規定しており、この冷却流体は、前記電極セグメントの回りと、上側電極の上面上と、前記制御されるギャップとを通るように循環する、請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記制御されるギャップの少なくとも１つは、固体誘電体層を含んでいる請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記制御されるギャップの少なくとも１つは、前記制御されるギャップ全体を満たしている固体誘電体層を含んでいる請求項１の電極集合体。
- 側壁と、内部領域と、この側壁近くの内部領域内に配設された絶縁体のリングとを有するプラズマチャンバ内に配置され請求項１，２，４もしくは５の電極集合体であって、この電極集合体は、さらに、前記複数の電極セグメントと、前記外側エッジと、前記上側電極の上面とを囲んでいるモジュラーハウジングを具備し、また、さらに、第１と第２の真空シールを具備し、第１の真空シールは、前記絶縁体とチャンバの側壁との間に配設され、第２の真空シールは、前記絶縁体とモジュラーハウジングとの間に配設されている電極集合体。
- 前記複数の電極セグメントは、ウエッジの形状であり、一平面に対称的に配置されている請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記ウエッジ形状の電極セグメントは、４つである請求項１８の電極集合体。
- 前記複数の電極セグメントは、各々の電極セグメントが円形である請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記複数の電極セグメントは、全体として１つの円形形状を形成する請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- 前記上側電極は、この上側電極の上面から上側電極の下面の少なくとも１つのガス射出ホールへと延びたガス導管を有する請求項１，２，４もしくは５の電極集合体。
- （ａ）下壁と側壁とを有するプラズマチャンバと、
（ｂ）前記下壁の近くに配設され、基板を支持するための支持面を有する基板支持部材と、
（ｃ）前記上側電極の下面と基板の面とは、ほぼ平行であり、前記上側電極の下面、前記基板の面および前記チャンバの側壁がプラズマを含むことの可能な内部領域を規定するように、チャンバの側壁内の、前記基板支持部材近くに配置された請求項１もしくは４の電極集合体とを具備するプラズマ反応システム。 - 流体が前記電極集合体を流れるように、電極集合体と流体的に連通した冷却システムをさらに具備する請求項２３のプラズマ反応システム。
- 前記内部領域の圧力を調節するように、内部領域と気体的に連通した真空システムをさらに具備する請求項２４のプラズマ反応システム。
- （ａ）前記複数の電極セグメントに夫々電気的に接続された複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、
（ｂ）前記上側電極に電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムとをさらに具備する請求項２５のプラズマ反応システム。 - 前記複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと主ＲＦパワー供給システムとは、各々、周波数発生器と、ゲインステージと、フェイズシフターと、マッチングネットワークと、バンドパスフイルターとを有する請求項２６のプラズマ反応システム。
- 前記内部領域にガスを供給するように、内部領域と流体的に連通したガス供給システムをさらに具備する請求項２６のプラズマ反応システム。
- 前記基板支持部材に対して基板を着脱させるように、前記プラズマチャンバと動作的に関係付けられたウエハ取扱いシステムをさらに具備する請求項２８のプラズマ反応システム。
- 前記冷却システムと、真空システムと、複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、主ＲＦパワー供給システムと、ガス供給システムと、ウエハ取扱いシステムとに、電気的に接続された主制御システムをさらに具備し、この主制御システムは、これにより発生される電気信号により、前記冷却システムと、真空システムと、複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、主ＲＦパワー供給システムと、ガス供給システムと、ウエハ取扱いシステムとを制御する請求項２９のプラズマ反応システム。
- （ａ）下壁と側壁とを有するプラズマチャンバと、
（ｂ）前記下壁の近くに配設され、基板を支持するための支持面を有する基板支持部材と、
（ｃ）前記上側電極の下面と基板の面とは、ほぼ平行であり、前記上側電極の下面、前記基板の面および前記チャンバの側壁がプラズマを含むことの可能な内部領域を規定するように、チャンバの側壁内の、前記基板支持部材近くに配置された請求項２もしくは５の電極集合体とを具備するプラズマ反応システム。 - 流体が前記電極集合体を流れるように、電極集合体と流体的に連通した冷却システムをさらに具備する請求項３１のプラズマ反応システム。
- 前記内部領域の圧力を調節するように、内部領域と気体的に連通した真空システムをさらに具備する請求項３２のプラズマ反応システム。
- （ａ）前記複数の電極セグメントに夫々電気的に接続された複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、
（ｂ）前記上側電極に電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムとをさらに具備する請求項３３のプラズマ反応システム。 - 前記複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと主ＲＦパワー供給システムとは、各々、周波数発生器と、ゲインステージと、フェイズシフターと、マッチングネットワークと、バンドパスフイルターとを有する請求項３４のプラズマ反応システム。
- 前記内部領域にガスを供給するように、内部領域と流体的に連通したガス供給システムをさらに具備する請求項３４のプラズマ反応システム。
- 前記少なくとも１つのアクチュエータに、動作的に接続されたアクチュエータ制御システムをさらに具備する請求項３６のプラズマ反応システム。
- 前記アクチュエータは、前記アクチュエータ制御システムに電気的に接続されている請求項３７のプラズマ反応システム。
- 前記基板支持部材に対して基板を着脱させるように、前記プラズマチャンバと動作的に関係付けられたウエハ取扱いシステムをさらに具備する請求項３８のプラズマ反応システム。
- 前記冷却システムと、真空システムと、複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、主ＲＦパワー供給システムと、ガス供給システムと、アクチュエータ制御システムと、ウエハ取扱いシステムとに、電気的に接続された主制御システムをさらに具備し、この主制御システムは、これにより発生される電気信号により、前記冷却システムと、真空システムと、複数の電極セグメントＲＦパワー供給システムと、主ＲＦパワー供給システムと、ガス供給システムと、アクチュエータ制御システムと、ウエハ取扱いシステムとを制御する請求項３９のプラズマ反応システム。
- プラズマ反応器の内部領域内のプラズマのプラズマ密度形態を、所望のプラズマ密度形態になるように調節する方法であって、
（ａ）前記内部領域の近くに、上面と下面とを備えた単一の上側電極と、複数の電極セグメントとを有し、前記上側電極の下面が前記内部領域に面し、前記電極セグメントは、上側電極と容量結合するように上側電極の上面近くに配設され、これら電極セグメントは、前記上側電極と前記電極セグメントの各々との間のギャップが制御可能なように、上側電極の前記上面に対して互いに独立して移動可能である、電極集合体を提供する工程と、
（ｂ）前記少なくとも１つの電極セグメントに、少なくとも１つの電極セグメントＲＦ供給体によって電気的に接続された少なくとも１つの電極セグメントＲＦパワー供給システムと、前記上側電極に主ＲＦ供給体によって電気的に接続された主ＲＦパワー供給システムと、前記上側電極と少なくとも１つの前記電極セグメントＲＦパワー供給システムとに電気的に接続されたＲＦ制御システムとを具備し、前記ＲＦ制御システムによって供給するＲＦパワーを制御して前記プラズマ反応器を動作させると共に、複数の一連の基板を処理して複数の異なるプラズマ密度形態に対応した複数の動作状態と関連した、少なくとも前記ギャップをパラメータとして含む複数のパラメータに関する情報を含むデータベースを形成する工程と、
（ｃ）プラズマに基板を晒し処理をするようにプラズマ反応器を動作させ、基板の表面形状を測定することにより、基板に対するプラズマの処理の均一性の影響を測定し、プラズマ密度形態を決定する工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）のデータベースを使用して、前記工程（ｃ）で決定されたプラズマ密度形態と所望の処理の均一性に対応する所望のプラズマ密度形態とを比較する工程と、
（ｅ）前記電極セグメントの少なくとも１つを移動させギャップを制御することにより、前記所望のプラズマ密度形態に近づくように前記決定されたプラズマ密度形態を変更する工程とを具備する方法。 - 前記プラズマ密度形態を決定する工程（ｃ）は、プラズマで基板をエッチングすることと、基板のエッチング状態を測定することとを含む請求項４１の方法。
- 前記プラズマ密度形態を決定する工程（ｃ）は、プラズマによる基板上への材料のプラズマ堆積を果たすことと、基板上の堆積形態を測定することとを含む請求項４１の方法。
- 前記工程（ｂ）は、複数の一連の基板をエッチングすることと、基板へのエッチングの影響を測定することと含む請求項４１の方法。
- 前記工程（ｂ）は、複数の一連の基板に堆積させることと、基板への堆積の影響を測定することと含む請求項４１の方法。
- 所望のプラズマ密度形態に近いプラズマ密度形態を有するプラズマで基板を処理する方法であって、
（ａ）請求項２３のプラズマ反応器のチャンバを提供する工程と、
（ｂ）内部領域に少なくとも１種類のプラズマガスを供給する工程と、
（ｃ）内部領域内に、関連した第１のプラズマ密度形態を有するプラズマを形成するように、上側電極と複数の電極セグメントとにＲＦパワーを与える工程と、
（ｄ）前記第１のプラズマ密度形態を測定する工程と、
（ｅ）前記プラズマ密度形態を変更させて、所望のプラズマ密度形態と一致もしくは近い第２のプラズマ密度形態を形成するように、前記上側電極に対して前記電極セグメントの少なくとも１つを調節する工程と、
（ｆ）前記内部領域内で、前記基板支持部材上に基板を載置させる工程と、
（ｇ）前記基板を第２のプラズマ密度形態で処理する工程とを具備する方法。 - 前記工程（ｄ）での第１のプラズマ密度形態の測定は、ベア基板に対する一連のプラズマエッチングと一連のプラズマ堆積との一方を果たし、基板に対する影響を測定することにより果たされる請求項４６の方法。
- 所望のプラズマ密度形態に近いプラズマ密度形態を有するプラズマで基板を処理する方法であって、
（ａ）請求項３１のプラズマ反応器のチャンバを提供する工程と、
（ｂ）内部領域に少なくとも１種類のプラズマガスを供給する工程と、
（ｃ）内部領域内の関連した第１のプラズマ密度形態を有するプラズマを形成するように、上側電極と複数の電極セグメントとにＲＦパワーを与える工程と、
（ｄ）前記第１のプラズマ密度形態を測定する工程と、
（ｅ）前記プラズマ密度形態を変更させて、所望のプラズマ密度形態と一致もしくは近い第２のプラズマ密度形態を形成するように、前記上側電極に対して前記電極セグメントの少なくとも１つを調節する工程と、
（ｆ）前記内部領域内で、前記基板支持部材上に基板を載置させる工程と、
（ｇ）前記基板を第２のプラズマ密度形態で処理する工程とを具備する方法。 - 前記工程（ｄ）での第１のプラズマ密度形態の測定は、ベア基板に対する一連のプラズマエッチングと一連のプラズマ堆積との一方を果たし、基板に対する影響を測定することにより果たされる請求項４８の方法。
- 前記分割された電極と、前記上側電極とは、前記マッチングネットワークの出力キャパシタを構成する請求項１２の電極集合体。
- 第１並びに第２の電極集合体による第１並びに第２のプラズマ密度形態で、第１並びに第２の基板をプラズマ処理する方法であって、
（ａ）中に収容されている電極集合体が前記第１の電極集合体である請求項２３のプラズマ反応チヤンバを提供する工程と、
（ｂ）前記第１の電極集合体と関連した第１のプラズマ密度形態を有する前記プラズマ反応チャンバを使用して第１の基板を処理する工程と、
（ｃ）前記第１の電極集合体を、第２のプラズマ密度形態に対応した第２の電極集合体と交換する工程と、
（ｄ）前記プラズマ反応チャンバと第２のプラズマ密度形態とを使用して第２の基板を処理する工程とを具備する方法。 - 前記第１のプラズマ密度形態と第２のプラズマ密度形態とは、互いに実質的に異なる請求項５１の方法。
- 前記第１の基板と第２の基板とは同じ基板である請求項５１の方法。
- 第１並びに第２の電極集合体による第１並びに第２のプラズマ密度形態で、第１並びに第２の基板をプラズマ処理する方法であって、
（ａ）中に収容されている電極集合体が前記第１の電極集合体である請求項３１のプラズマ反応チヤンバを提供する工程と、
（ｂ）前記第１の電極集合体と関連した第１のプラズマ密度形態を有する前記プラズマ反応チャンバを使用して第１の基板を処理する工程と、
（ｃ）前記第１の電極集合体を、第２のプラズマ密度形態に対応した第２の電極集合体と交換する工程と、
（ｄ）前記プラズマ反応チャンバと第２のプラズマ密度形態とを使用して第２の基板を処理する工程とを具備する方法。 - 前記第１のプラズマ密度形態と第２のプラズマ密度形態とは、互いに実質的に異なる請求項５４の方法。
- 前記第１の基板と第２の基板とは同じ基板である請求項５４の方法。
- 前記第１の電極集合体は、取り外し可能で、第２のモジュラー電極集合体と交換可能な第１のモジュラー電極集合体である請求項２３のシステム。
- 前記第１の電極集合体は、取り外し可能で、第２のモジュラー電極集合体と交換可能な第１のモジュラー電極集合体である請求項３１のシステム。
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