JP5214743B2 - プラズマ処理チャンバのパーツのための保護被覆およびその使用方法 - Google Patents

Description

プラズマ処理装置は、エッチング、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＤＶ）、イオン注入、およびレジスト剥離を含む技術によって基板を処理するために使用される。プラズマ処理において使用されるプラズマ処理装置の一タイプは、上側電極および下側電極を内包した反応チャンバを含む。プロセスガスをプラズマ状態に励起し、反応チャンバ内において基板を処理するために、電極と電極との間に電場が確立される。

一実施形態では、被覆されたＲＦ帰還ストラップは、表面を有する湾曲した金属片と、上記表面に接合された可撓性被覆とを含み、上記被覆は、ポリマまたはエラストマを含み、上記被覆は、プラズマによって生成されたラジカル（以下、プラズマ生成ラジカルと称する）の雰囲気内における耐浸食性を提供し、ラジカルから金属片を保護する。

第２の実施形態では、半導体基板を内部においてプラズマ処理するための真空チャンバと、真空チャンバ内において使用するためのプラズマ処理アセンブリとを含むプラズマ処理装置が提供される。アセンブリは、エラストマ接合およびプラズマ生成ラジカルに対する耐浸食性を向上されたシリコーンベースのエラストマ材料によって第２の部材に接合された第１の部材を含み、シリコーンベースのエラストマ材料は、プラズマ生成ラジカルからエラストマ接合を保護するために、エラストマ接合を取り囲み第１の部材の合わせ面を第２の部材の合わせ面に密着させる。

第３の実施形態は、プラズマ処理装置内において半導体基板を処理する方法を提供する。基板は、プラズマ処理装置の反応チャンバ内において上側電極アセンブリの下で基板サポート上に配される。反応チャンバにプロセスガスが導入され、反応チャンバ内において上側電極アセンブリと基板との間においてプロセスガスからプラズマが生成される。プラズマ生成ラジカルに曝されたチャンバのパーツ間において被覆ＲＦ帰還ストラップによってＲＦ電力が伝送される間に、基板は、プラズマによって処理される。

更に別の実施形態では、プラズマ処理装置内において半導体基板を処理する方法は、第２の実施形態のプラズマ処理装置の反応チャンバ内において基板サポート上に基板を配することを含む。反応チャンバにプロセスガスが導入され、反応チャンバ内において上側電極アセンブリと基板との間においてプロセスガスからプラズマが生成され、プラズマによって基板が処理される。シリコーンベースのエラストマ材料は、基板のプラズマ処理時にプラズマ生成ラジカルからエラストマ接合を保護する。

被覆部材の実施形態を含むギャップ調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの概略図を示している。

エラストマを被覆されたクーポンがフッ素に富むプラズマ内において浸食される速度の実験結果を示した棒グラフである。

エラストマを被覆されたクーポンの実施形態が酸素に富むプラズマ内において浸食される速度の実験結果を示した棒グラフである。

被覆部材の実施形態を示した写真である。

被覆部材の実施形態を図解している。

静電チャックデバイスの下面と下側電極の上面との間のエラストマ接合がシリコーンベースのエラストマ材料の実施形態によって取り囲まれる真空処理チャンバの一部分の断面図を示している。

温度制御式のホットエッジリング・アセンブリ内において上側ホットエッジリングの下面とセラミック中間リングの上面との間のエラストマ接合がシリコーンベースのエラストマ材料の実施形態によって取り囲まれる平行平板型プラズマ装置のウエハエッジ領域の断面図を示している。

集積回路の製作時にフラットパネル・ディスプレイおよび半導体ウエハなどの基板の表面上の微粒子汚染を制御することは、高信頼性のデバイスを実現するためおよび高い歩留まりを得るために不可欠である。プラズマ処理装置などの処理機器は、微粒子汚染の発生源となる可能性がある。例えば、ウエア表面上における粒子の存在は、フォトリソグラフィおよびエッチングのステップ時にパターン転写を局所的に乱す可能性がある。その結果、これらの粒子は、ゲート構造、金属間誘電体層、または金属相互接続線を含む重要な特徴内に欠陥を発生させ、集積回路コンポーネントの誤動作または故障をもたらす可能性がある。

例えばシリコン電極などの比較的短寿命のリアクタパーツは、通常、「消耗品」と称される。消耗パーツの寿命が短いと、所有のコストが高くつく。誘電体エッチングツールにおいて使用されるシリコン電極アセンブリは、多くのＲＦ時間（プラズマを生成するために高周波電力が使用される期間を時間単位で表わしたもの）の経過後に劣化する。消耗品およびその他のパーツの浸食は、プラズマ処理チャンバ内において微粒子汚染を発生させる。浸食は、プロセスガスのプラズマによって生成されるフッ素ラジカルおよび／または酸素ラジカルなどの高密度のラジカルに曝されるゆえに、プラズマに直接曝されるパーツ上において、またはチャンバのプラズマ閉じ込め領域の外側のパーツ上において、発生する可能性がある。

図１は、プラズマ処理装置のギャップ調整可能な容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバ２００の典型的実施形態を示している。チャンバ２００は、上側電極アセンブリ２２５の上側電極２２４の下面と、下側電極アセンブリ２１５上に支えられた基板２１４の上面との間において電極ギャップ２３２の正確な制御を可能にする。ギャップの高さは、複数ステップに及ぶウエハ処理時に、ウエハ処理条件を最適にするために１回または２回以上変更されてよい。

チャンバ２００は、チャンバケース２０２と；チャンバケース２０２の天井２２８に取り付けられた上側電極アセンブリ２２５と；チャンバケース２０２の床２０５に取り付けられ、上側電極アセンブリ２２５の下面から隔てられ、かつ上側電極アセンブリ２２５の下面に実質的に平行な下側電極アセンブリ２１５と；上側電極アセンブリ２２５と下側電極アセンブリ２１５との間においてギャップ２３２を取り囲む閉じ込めリングアセンブリ２０６と；上側チャンバ壁２０４と；上側電極アセンブリ２２５の上部を密閉するチャンバトップ２３０と、を含む。上側電極アセンブリ２２５は、上側電極２２４と；上側電極２２４と下側電極アセンブリ２１５との間に画定されたギャップ２３２内にプロセスガスを分布させるためのガス通路を含む１つまたは２つ以上のバッフル２２６と、を含む。簡潔さを期するために、上側電極アセンブリ２２５は、３つのコンポーネントを有するものとして示されている。しかしながら、上側電極アセンブリ２２５は、さらなるコンポーネントを含むことができる。チャンバケース２０２は、基板２１４をチャンバ２００に対して出し入れするためのゲート（不図示）を有する。例えば、基板２１４は、参照により本明細書に全体を組み込まれる同一出願人による米国特許第６，８９９，１０９号に記載されるように、ロードロックを通してチャンバに入ることができる。

一部の典型的実施形態では、上側電極アセンブリ２２５は、上側電極アセンブリ２２５と下側電極アセンブリ２１５との間においてギャップ２３２を調整するために、上下方向（図１の矢印Ａ、Ａ’）に調整可能である。上側アセンブリ・リフトアクチュエータ２５６が、上側電極アセンブリ２２５を上昇または下降させる。図解では、チャンバ天井２２８から垂直に伸びる環状延長２２９が、上側チャンバ壁２０４の円筒穴２０３に沿って可調整式に位置決めされる。上側電極アセンブリ２２５を上側チャンバ壁２０４および下側電極アセンブリ２１５に相対的に移動可能にしつつ２２９と２０３との間に真空封止を提供するために、封止構成（不図示）を使用することができる。上側可撓性被覆部材２４８は、上側電極アセンブリ２２５と上側チャンバ壁２０４とを電気的に結合する。上側可撓性被覆部材２４８は、伝導性で可撓性の金属ストラップ（図４の２３３）を含み、これは、金属ストラップ２３３の外面に接合された可撓性被覆（図４の２３５）で被覆されている。可撓性被覆２３５は、プロセスガスのプラズマによって生成される活性種（ラジカル）に金属ストラップを接触させないことによって、プラズマラジカルに起因する劣化から金属ストラップを保護する。

一実施形態では、可撓性被覆部材２４８のベース・コンポーネントは、ベリリウム銅（ＢｅＣｕ）からなるＲＦストラップである。しかしながら、可撓性で伝導性のその他の材料が用いられてもよい。一実施形態では、可撓性被覆２３５は、エラストマまたはポリマで構成される。好ましくは、可撓性被覆２３５は、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌの粒子などの伝導性の充填粒子を含まない架橋シロキサン（シリコーンゴム）である。上側可撓性被覆部材２４８は、上側電極アセンブリ２２５をチャンバ２００内において垂直に移動可能にするために、上側電極アセンブリ２２５と上側チャンバ壁２０４との間に伝導性の帰還路を提供する。ストラップは、湾曲部分によって接続された２つの平面端を含む。湾曲部分は、上側チャンバ壁２０４に相対的な上側電極アセンブリ２２５の動きに適応する。チャンバサイズなどの要素に応じて、電極アセンブリ２２５の周囲に円周方向に間隔を空けて複数の（２、４、６、８、または１０の）ＲＦ帰還ストラップを配置することができる。

簡潔さを期するために、図１には、ガスソース２３４に接続された１本のガスライン２３６のみが示されている。上側電極アセンブリ２２５には、さらなるガスラインを結合することができ、ガスは、上側チャンバ壁２０４および／またはチャンバトップ２３０のその他の部分を通して供給することができる。

その他の典型的実施形態では、上側電極アセンブリ２２５が静止しているまたは移動可能である一方で、ギャップ２３２を調整するために下側電極アセンブリ２１５が上下（図１の矢印Ｂ、Ｂ’）に移動されてよい。図１は、下側電極アセンブリ２１５を支えている下側伝導部材２６４までチャンバケース２０２の床（底壁）２０５を通って達するシャフト２６０に接続された下側アセンブリ・リフトアクチュエータ２５８を示している。図１に示された実施形態にしたがうと、ベローズ２６２は、シャフト２６０が下側アセンブリ・リフトアクチュエータ２５８によって上昇および下降されるときに下側電極アセンブリ２１５を上側チャンバ壁２０４および上側電極アセンブリ２２５に相対的に移動可能にしつつ、シャフト２６０とチャンバケース２０２の床２０５との間に真空封止を提供するための、封止構成の一部を形成する。もし必要であれば、下側電極アセンブリ２１５は、その他の構成によって上昇および下降させることができる。例えば、参照により本明細書に全体を組み込まれる同一出願人による米国仮特許出願公開第２００８／０１７１４４４号には、カンチレバーによって下側電極アセンブリ２１５を上昇および下降させるギャップ調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの別の実施形態が開示されている。

もし必要であれば、移動可能な下側電極アセンブリ２１５は、チャンバ壁ライナ２５２などの導電性のパーツに外側導体リング（地リング）２２２を電気的に結合する少なくとも１つの下側可撓性被覆部材２４６によって、チャンバの壁に接地することができる。下側可撓性被覆部材２４６は、上側可撓性被覆部材２４８に関連して上述されたように、伝導性で可撓性の金属ストラップと、その可撓性金属ストラップの表面に接合された可撓性被覆とを含む。可撓性被覆は、プロセスガスのプラズマによって生成される活性種（ラジカル）に金属ストラップを接触させないことによって、プラズマラジカルに起因する劣化から金属ストラップを保護する。下側可撓性被覆部材２４６は、たとえば、異なる高さにギャップを設定される複数ステップからなるプラズマ処理時などに、下側電極アセンブリ２１５をチャンバ２００内において垂直に移動可能にしつつ、外側導体リング（地リング）２２２を上側チャンバ壁２０４に電気的に結合して、プラズマのための短いＲＦ帰還路を提供する。好ましくは、金属ストラップは、ポリマを被覆されたＢｅＣｕ片などの可撓性で伝導性のストラップである。

図１は、更に、プラズマ体積を基板２１４の近くに閉じ込めて、プラズマと相互作用する表面積を最小限に抑えるための、閉じ込めリングアセンブリ２０６の一実施形態を示している。一実施形態では、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、垂直方向（矢印Ｃ−Ｃ’）に移動可能であるようにリフトアクチュエータ２０８に接続されており、これは、閉じ込めリングアセンブリ２０６が上側電極アセンブリ２２５、下側電極アセンブリ２１５、およびチャンバ２００に対して手動または自動で上昇可能または下降可能であることを意味する。閉じ込めリングアセンブリに特に制約はなく、適切な閉じ込めリングアセンブリ２０６の詳細は、参照により本明細書に全体を組み込まれる同一出願人による米国特許第６，０１９，０６０号および米国特許出願公開第２００６／００２７３２８号に記載されている。

閉じ込めリングアセンブリ２０６は、閉じ込めリングアセンブリ２０６を上側チャンバ壁２０４などの導電性のパーツに電気的に結合する少なくとも１つの可撓性被覆部材２５０によって、チャンバの壁に接地することができる。図１は、水平延長２５４を介して支えられる伝導性のチャンバ壁ライナ２５２を示している。被覆された可撓性部材２５０は、閉じ込めリングアセンブリ２０６を上側チャンバ壁２０４に電気的に結合することによって短いＲＦ帰還路を提供する複数の金属ストラップを含むことが好ましい。被覆されたＲＦ帰還ストラップは、上側可撓性被覆部材２４８に関連して上述されたように、可撓性で伝導性の金属片と、可撓性の保護被覆とを含む。可撓性被覆部材２５０は、チャンバ２００内において閉じ込めリングアセンブリ２０６が取る様々な垂直位置において、閉じ込めリングアセンブリ２０６と上側チャンバ壁２０４との間に伝導性経路を提供することができる。

図１に示された実施形態では、下側伝導部材２６４は、誘電体結合リング２２０を取り囲む外側導体リング（地リング）２２２に電気的に接続され、誘電体結合リング２２０は、外側導体リング２２２を下側電極アセンブリ２１５から電気的に絶縁する。下側電極アセンブリ２１５は、チャック２１２と、フォーカスリングアセンブリ２１６と、下側電極２１０とを含む。しかしながら、下側電極アセンブリ２１５は、下側電極アセンブリ２１５に取り付けられたまたは下側電極アセンブリ２１５の一部を構成する、基板を持ち上げるためのリフトピンメカニズム、光センサ、および下側電極アセンブリ２１５を冷却するための冷却メカニズムなどの、さらなるコンポーネントを含むことができる。チャック２１２は、動作時に、基板２１４を下側電極アセンブリ２１５の上面上の適所に把持する。チャック２１２は、静電チャック、真空チャック、または機械的チャックであってよい。

下側電極２１０は、通常、インピーダンス整合回路網２３８を通じて下側電極２１０に結合された１つまたは２つ以上のＲＦ電源２４０からＲＦ電極を供給される。ＲＦ電力は、例えば２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚなどの１つまたは２つ以上の周波数で供給することができる。ＲＦ電力は、ギャップ２３２内においてプラズマを生成するためにプロセスガスを励起する。一部の実施形態では、上側電極２２４およびチャンバケース２０２は、電気的に接地される。その他の実施形態では、上側電極２２４は、チャンバケース２０２から絶縁され、インピーダンス整合回路網を通じてＲＦ電源からＲＦ電力を供給される。

上側チャンバ壁２０４の底は、チャンバ２００からガスを排出するための真空ポンプユニット２４４に結合される。好ましくは、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、ギャップ２３２内に形成される電場を実質的に終結させて、外側チャンバ体積２６８に電場が侵入しないように阻止する。

ギャップ２３２に注入されるプロセスガスは、真空ポンプユニット２４４によって排気されるまでに、基板２１４を処理するためのプラズマを生成するために活性化され、閉じ込めリングアセンブリ２０６を通り抜け、外側チャンバ体積２６８に入る。外側チャンバ体積２６８内のリアクタチャンバパーツは、動作時に反応性プロセスガス（ラジカル、活性種）に曝される可能性があるので、これらのパーツは、ステンレス鋼などの、プロセスガスに耐えられる材料で形成されることまたは保護被覆を有することが好ましい。同様に、ベローズ２６２は、ステンレス鋼などの、プロセスガスケミストリに耐えられる材料で形成されることが好ましい。

動作時にＲＦ電源２４０が下側電極アセンブリ２１５にＲＦ電力を供給する実施形態では、ＲＦ電源２４０は、シャフト２６０を通じてＲＦエネルギを下側電極２１０に送る。ギャップ２３２内のプロセスガスは、下側電極２１０に送られたＲＦ電力によって、プラズマを生成するために電気的に励起される。

チャンバ２００内において、可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０は、チャンバ壁ライナ２５２または上側チャンバ壁２０４と、外側導体リング（地リング）２２２、閉じ込めリングアセンブリ２０６、および／または上側電極アセンブリ２２５との間に上述のような確かな電気的接続を提供するための、ＲＦ帰還ストラップであってよい。上側電極２２５と下側電極２１５との間のギャップ２３２は、ウエハ処理の際に調整されてよく、ＲＦ帰還ストラップは、このようなギャップ調整の際に屈曲を受ける。これらの被覆部材は、チャンバ２００の上側チャンバ壁２０４を含むＲＦ帰還路に取って代わる、プラズマのための更に短いＲＦ帰還路を形成する。例えば、外側導体リング２２２は、伝導材料で形成され、誘電体結合リング２２０によって下側電極アセンブリ２１５から電気的に絶縁される。帰還路は、上側電極アセンブリ２２５、可撓性被覆部材２４８、上側チャンバ壁２０４、可撓性被覆部材２４６、外側導体リング２２２、シャフト２６０の壁または遮蔽体を通って整合回路網２３８に至る。ベローズ２６２は、帰還路の一部ではないことが好ましい。帰還路は、また、下側伝導部材２６４から床（底壁）２０５に至る１つもしくは２つ以上の可撓性被覆部材（図１には不図示）を通り抜ける、かつ／または床（底壁）２０５からシャフト２６０に至る１つもしくは２つ以上の可撓性被覆部材（図１には不図示）を通り抜けることもできる。

好ましくは、外側導体リング２２２は、３から１２の可撓性被覆部材２４６によってチャンバ壁ライナ２５２に電気的に接続される。より好ましくは、ポリマを被覆された８つのＲＦストラップが、外側導体リング２２２をチャンバ壁ライナ２５２に電気的に接続する。

外側導体リング２２２は、ウエハの処理または基板の装填／取り出しを促進するために、ギャップ制御時に上側チャンバ壁２０４に相対的に移動するので、可撓性被覆部材２４６は、そのような相対運動に適応するのに十分に可撓性である。可撓性被覆部材２４６は、半導体グレードのベリリウム銅（ＢｅＣｕ）などの金属合金で形成されることが好ましい。好ましくは、可撓性被覆部材２４６上の被覆は、反応性のプロセスガスに対して耐性である。可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０の湾曲部分は、それぞれ上側チャンバ壁２０４または壁ライナ２５２と導体リング２２２／上側電極アセンブリ２２５／閉じ込めリングアセンブリ２０６との間の相対運動ゆえに伸長または収縮される。可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０は、ギャップ調整に適応するために、１つまたは２つ以上の湾曲部分を有してよい。

被覆されていない伝導性で可撓性の金属ストラップをチャンバケース２０２内においてプロセスガスおよび／またはプラズマ生成ラジカルに曝すと、曝された可撓性ストラップの金属の浸食によって汚染が発生する恐れがある。プラズマ生成ラジカルは、また、閉じ込めリングアセンブリ２０６を通って移動するラジカルによって、外側チャンバ体積２６８内のサポートおよびコンポーネントも浸食する恐れがある。ストラップの浸食に起因する粒子汚染および／または金属汚染に加えて、真空チャンバ内の被覆されていないストラップは、予定されるチャンバ・メインテナンスよりも早く交換が必要になるであろう。プラズマ生成ラジカルに曝される伝導性で可撓性のストラップなどの金属コンポーネントに対するポリマまたはエラストマの被覆は、コンポーネントの寿命を大幅に延ばし、プラズマチャンバ内における望ましくない粒子汚染および／または金属汚染を低減させる。

様々な被覆をテストするため、エラストマを被覆されたクーポンおよびポリマを被覆されたクーポンが、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（www.lamrc.com）によって供給されるＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２３００ Ｅｘｅｌａｎ（商標）Ｆｌｅｘプラズマ処理システムのようなプラズマエッチングチャンバなどのプラズマチャンバ内において、プラズマによって生成されたフッ素ラジカルに曝された。これらの実験の結果は、図２に棒グラフとして示されるとともに、表１に提示されている。酸素ラジカルに対する耐性をテストするため、エラストマおよびポリマを被覆されたクーポンが、フッ素ラジカルに曝されたクーポンについて説明されたのと同様に、プラズマによって生成された酸素ラジカルに曝された。酸素ラジカル内におけるこれらの実験の結果は、図３に棒グラフとして示されるとともに、表１に提示されている。

テストクーポン上のエラストマ被覆およびポリマ被覆は、プロセスガスのプラズマによって生成された活性種（ラジカル）に接触したときに浸食された。図２は、フッ素（Ｆ）ラジカルを含有するプラズマに曝された後に測定された平均浸食速度をμｍ／１０００時間で示している。サンプル１〜１０の被覆は、フルオロエラストマで形成されている。これらのフルオロエラストマは、サンプル７（ＰＴＦＥ）の約２７μｍ／１０００時間からサンプル１０（有機物を充填されたパーフルオロエラストマ）の約６４μｍ／１０００時間に至るＦラジカル浸食速度を呈した。サンプル１１は、２パーツのエポキシ樹脂であり、パーフルオロエラストマと比較すると、フッ素ラジカルケミストリに対して約１６μｍという大幅に向上された耐浸食性を呈した。驚くべきことに、シリコーンタイプの材料で形成されたサンプル１２、１３が、テストされた他のどのサンプルよりも、フッ素ラジカルに対して遥かに優れた耐浸食性を呈した。充填されていない２パーツのシリコーンサンプルは、約７μｍ／１０００時間の平均浸食速度を呈し、充填されたシリコーンサンプルは、約９μｍ／１０００時間の平均を呈した。

図３は、エラストマを被覆されたクーポンおよびポリマを被覆されたクーポンについて、酸素（Ｏ）ラジカルを含有するプラズマに曝された後に測定された平均浸食速度をμｍ／１０００時間で示している。この環境では、フルオロエラストマは、サンプル５（Ｓｉｆｅｌ ６１４（商標））の約１．２μｍ／１０００時間からサンプル９（ケイ酸塩を充填されたパーフルオロエラストマ）の約１６μｍ／１０００時間に至る浸食速度を呈した。サンプル１１は、２パーツのエポキシ樹脂であり、酸素ラジカルに曝されたときに、テストされた他のどのサンプルよりも大幅に多くの浸食を呈し、その浸食速度は約５０μｍ／１０００時間であった。驚くべきことに、充填されていない２パーツのシリコーン材料で形成されたサンプル１２は、テストされた他のどのサンプルよりも、酸素ラジカルに対して遥かに優れた耐浸食性を呈した。充填されていない２パーツのシリコーンサンプルは、約１．１μｍ／１０００時間の平均浸食速度を呈した。

表１および図２、３の結果を見ることによって示されるように、シリコーン被覆は、フッ素ラジカル環境および酸素ラジカル環境の両方において、テストされた他の材料と比較して大幅に優れた耐浸食性を呈した。フッ素に富むプラズマに曝されたＲｈｏｄｏｒｏｓｉｌ Ｖ２１７（商標）シリコーンは、テストされた他の材料タイプと比べて浸食速度が極めて低く、その次に最も耐浸食性の材料タイプは、Ｒｈｏｄｏｒｏｓｉｌ Ｖ２１７（商標）の２倍近くの平均浸食速度を有した。図３に示されるように、シリコーンベースの材料は、酸素に富むプラズマ内においても極めて低い浸食速度を有した。テストされた材料タイプの多くは、一方の環境のみにおいて優れた振る舞いを見せたので、この結果もまた、驚きである。

可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０は、チャンバのプラズマ閉じ込め領域の外側にあるのが一般的であるが、一部のプロセス条件下においては、プラズマ閉じ込め領域の外側に高密度のフッ素ラジカルおよび酸素ラジカルが存在する可能性がある。曝された可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０のＢｅＣｕなどのベース金属は、処理チャンバの真空環境において、処理済みウエハの金属汚染を発生させる恐れがある。したがって、可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０の寿命を著しく向上させるためには、可撓性被覆部材２４６／２４８／２５０上の被覆は、フッ素に富むラジカルケミストリおよび酸素に富むラジカルケミストリに曝されているときに屈曲に耐えられる弾性であることが好ましい。

図４は、下側可撓性被覆部材２４８の一実施形態を示した写真である。ラジカル環境に曝される伝導性で可撓性の金属ストラップ２３３の表面は、可撓性被覆２３５としてシリコーンエラストマ材料を被覆された。

可撓性コンポーネントを被覆するためには、可撓性金属ストラップ２３３は、被覆を施される前に洗浄されることが好ましい。例えば、ＢｅＣｕ可撓性金属ストラップは、サンドブラストによって粗面化され、施される被覆に対して適合性のプライマで下塗りされ、プライマの乾燥後に浸漬または吹き付けによってシリコーンエラストマ材料を被覆されてよい。しかしながら、表面は、必要に応じて、プライマを伴うことなくシリコーンエラストマ材料を直接被覆されてもよい。被覆は、任意の適切な技術によって硬化されることが好ましい。例えば、被覆は、シリコーン材料を硬化させるために加熱されてよいまたはその他の硬化方法に通されてよい。

一実施形態では、エラストマ材料またはポリマ材料は、可撓性で伝導性の金属コンポーネントに対し、金属コンポーネントの表面に接着するためおよび金属コンポーネントをプロセスガスのラジカルから保護するための可撓性被覆を提供する。好ましくは、被覆は、真空環境内におけるラジカルによる浸食に対して耐性で、かつ２００℃を超えるなどの高温における劣化に対して耐性のin-situ硬化されたエラストマまたはポリマである。１６０℃を超えるプラズマ環境内において使用することができるポリマ材料として、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレンプロピレンコポリマ、セルロース、トリアセテート、シリコーン、およびゴムが挙げられる。

より好ましくは、被覆は、接着強さ、弾性係数、浸食速度、耐温度性などの適切な硬化前特性および硬化後特性を呈するin-situ室温加硫（ＲＴＶ）された充填されていないシロキサンである。例えば、in-situ硬化可能なシリコーンは、プラチナ、過酸化物、または熱を使用した２パーツまたは１パーツの硬化樹脂であってよい。好ましくは、シリコーンエラストマ材料は、メチル基を伴うＳｉ−Ｏ骨格を有する（シロキサン）。しかしながら、炭素−フッ素骨格も使用可能である。最も好ましくは、シリコーン材料は、ベース・コンポーネントの保護のためにin-situで硬化されて、充填されていない架橋シリコーンゴムを形成する。とりわけ好ましいエラストマは、例えばＲｈｏｄｉａよりＲｈｏｄｏｒｓｉｌ Ｖ２１７（商標）として入手可能な、例えばＰｔなどの触媒を伴って硬化されたエラストマなどの、ポリジメチルシロキサン含有エラストマであり、これは、２５０℃またはそれを超える温度において安定性のエラストマである。

図５は、ギャップを調整可能な容量結合プラズマリアクタチャンバ２００内において外側導体リング２２２を伝導性のチャンバ側壁ライナ２５２に電気的に接続する可撓性で伝導性の被覆部材２４６の一実施形態を示している。図５は、伝導性で可撓性の金属ストラップ２３３を非被覆エリアにおいて電気的に接続するように適応された、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、または金をめっきされた金属ブロックなどの、導電性の接続部材２７０を示している（図４を参照せよ）。可撓性の被覆部材２４６は、厚さが０．００２〜０．０２０インチ（０．０５０８〜０．５０８ｍｍ）、幅が０．２５〜１インチ（０．６３５〜２．５４ｃｍ）、長さが２〜１０インチ（５．０８〜２５．４ｃｍ）であってよい。接続部材２７０に接続された可撓性金属ストラップ２３３は、可撓性のポリマまたはエラストマの被覆２３５によって、ラジカルから完全に保護される。１つの接続部材２７０は、一方の側をチャンバ壁ライナ２５２に接続されるとともに他方の側を可撓性の被覆部材２４６の第１の端に接続された平面部分である。被覆部材２４６の第２の端は、外側導体リング２２２に接続された別の接続部材２７０に接続された平面部分である。接続部材２７０には、ネジ、リベット、ピンなどの締め具を受けて接続を完了するように適応された締め具穴２７２が提供されてよい。締め具を酸素ラジカルおよび／またはフッ素ラジカルに曝されないように保護するために、被覆は、締め具の露出表面上にも提供することができる。

図２を参照すると、プロセスガスは、上側電極アセンブリ２２５を通ってギャップ２３２に導入され、上側電極アセンブリ２２５は、プロセスガスがシャワーヘッド効果によってギャップ２３２に流れ込むように、１つまたは２つ以上のバッフル２２６を含んでよい。ギャップ２３２内において、プロセスガスは、下側電極アセンブリ２１５のサポート上面上に載置された基板２１４を処理するためのプラズマを生成するために励起される。例えば、基板２１４は、プロセスガスによってプラズマエッチングすることができる。

基板２１４の中心軸と同軸のギャップ２３２は、閉じ込めリングアセンブリ２０６を含み、かつ外側チャンバ体積２６８およびチャンバ壁ライナ２５２を含む領域によって、上側チャンバ壁２０４から隔てられる。閉じ込めリング・リフトアクチュエータ２０８の動作に伴って、閉じ込めリングアセンブリ２０６が下向きに移動する、または下側電極アセンブリ２１５の上向きの移動に伴って、閉じ込めリングアセンブリ２０６の底リングが外側導体リング２２２の肩に接触する。閉じ込めリングアセンブリ２０６のリングは、約２０００Ω−ｃｍの高導電率を有するシリコンまたはシリコンカーバイドのように高導電率を有し、かつギャップ２３２内におけるプラズマによる過酷な使用環境に耐えることができる材料で形成されることが好ましい。リングは、アルミニウムまたはグラファイトなどのその他の適切な伝導性材料で形成されてよい。閉じ込めリング・リフトアクチュエータ２０８の支柱は、金属で形成されてよい。

閉じ込めリングアセンブリ２０６は、ギャップ２３２内の中性ガス成分が閉じ込めリングアセンブリ２０６のギャップを概ね水平方向に通り抜けることを可能にしつつ、上側電極アセンブリ２２５および下側電極アセンブリ２１５、ならびにリングによって取り囲まれた空間にプラズマを閉じ込めることを助ける。したがって、中性ガス成分は、チャンバ壁２０４の内側表面によって取り囲まれた外側チャンバ体積２６８に流れ込む。外側チャンバ体積２６８内の圧力は、チャンバ壁２０４の底に取り付けられた真空ポンプユニット２４４によって制御される。このように、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、ギャップ、すなわちプラズマ励起領域２３２を、外側チャンバ体積２６８から隔てる。総じて、ギャップ領域２３２の体積は、外側チャンバ体積２６８の体積と比べて小さい。基板２１４のエッチング速度は、ギャップ２３２内のプラズマに直接影響されるので、閉じ込めリングアセンブリ２０６は、チャンバのハードウェアを物理的に大きく変えることなくギャップ２３２の全範囲にわたって小体積圧力制御およびプラズマ閉じ込めを可能にする。また、ギャップ２３２の体積は小さいので、プラズマ条件は、迅速に、かつ正確に制御することができる。

上側電極アセンブリ２２５および下側電極アセンブリ２１５の反復使用の際に、プラズマに面している電極表面は、プラズマによって徐々に浸食される。ギャップ２３２は、プロセスの反復性が維持されるように底部電極２１０および上側電極２２４の摩耗を相殺するように調整されてよく、それによって、電極の寿命が延びて、消耗品のコストが抑えられる。

図６は、一実施形態にしたがって、チャック１６０を下側電極アセンブリ１５０に接合するエラストマ接合１７０を有する平行平板型プラズマ装置１００の基板（ウエハ）エッジ領域の断面を示している。チャック１６０は、プラズマ処理のために基板１８０を受けるように適応された上面を有する。チャックの下面は、エラストマ接合１７０によって下側電極アセンブリ１５０の上面に接合される。適切なエラストマの詳細は、参照により本明細書に全体を組み込まれる米国特許第６，０７３，５７７号に記載されている。下側電極アセンブリ１５０は、随意に、上側部材１５２を含むことができる。エラストマ接合１７０は、酸素ラジカルおよびフッ素ラジカルなどのプラズマ生成ラジカルによる浸食を受けやすい。プラズマ生成ラジカル環境下における耐浸食性を向上されたシリコーンベース材料１７２は、エラストマ接合１７０を取り囲み下側電極アセンブリ１５０の上面をチャック１６０の下面に密着させるように適応される。シリコーンベース材料１７２は、好ましくは、in-situ硬化された充填されていない架橋シリコーンゴムである。とりわけ好ましいエラストマは、例えばＲｈｏｄｉａよりＲｈｏｄｏｒｓｉｌ Ｖ２１７（商標）として入手可能な、例えばＰｔなどの触媒を伴って硬化されたエラストマなどの、ポリジメチルシロキサン含有エラストマであり、これは、２５０℃またはそれを超える温度において安定しているエラストマである。

図７は、別の実施形態にしたがって、基板サポートを取り囲むように適応された温度制御式のホットエッジリング・アセンブリ３１０を示している。エッジリング・アセンブリ３１０は、上側リング３２０、セラミック中間リング３３０、および伝導性下側リング３４０を含む。中間リング３３０は、上面３３２および下面３３４を有し、中間リング３３０の下面３３４は、下側リング３４０を介して下側電極アセンブリ１５０の高周波（ＲＦ）電極に熱的に結合される。このようなホットエッジリング・アセンブリ３１０の詳細は、参照により本明細書に全体を組み込まれる共同所有の米国特許第７，２４４，３３６号において見出すことができる。

上側リング３２０は、シリコン、炭素（例えばグラファイト）、シリコンカーバイドなどの伝熱性で、かつ導電性の材料で作成されることが好ましい。図７に示されるように、上側リング３３０の下面３２８は、伝熱性のエラストマによって中間リング３３０の上面３３２に接合されることが好ましい。一実施形態にしたがうと、プラズマ生成ラジカル環境下における耐浸食性を向上されたシリコーンベース材料３１４、３１６は、エラストマ接合３１２を取り囲み中間リング３３０の上面３３２を上側リング３２０の下面３２８に密着させるように適応される。

上述のような、エラストマ接合を取り囲み保護するためにＯリング状に成形されたシリコーン材料の実施形態は、容易に交換可能である。Ｏリングは、コンポーネンツ間のギャップにちょうど嵌ってギャップを密封する断面形状を有することができる、または円形断面を有することができる。シリコーン材料のＯリングは、適所に形成することができる、または予め形成して溝に挿入することができる。

本発明は、その具体的な実施形態を参照にして詳細に説明されてきたが、当業者にならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を加えることならびに等価物を用いることが可能であることが明らかである。
なお、本発明は、以下のような態様で実現することもできる。

適用例１：
半導体基板を処理するためにプラズマ処理装置において使用するためのＲＦ帰還ストラップであって、
表面を有する湾曲した金属片と、
前記表面に接合された可撓性被覆であって、ポリマまたはエラストマを含み、プラズマ生成ラジカルの雰囲気内における耐浸食性が向上され、前記ラジカルから前記金属片を保護する被覆と、を備えるＲＦ帰還ストラップ。

適用例２：
請求項１に記載のＲＦストラップであって、
前記被覆は、in-situ硬化されたフルオロエラストマ、エポキシ樹脂、シリコーン、またはこれらの組み合わせを含む、ＲＦストラップ。

適用例３：
請求項１に記載のＲＦストラップであって、
前記被覆は、in-situ硬化された充填されていない架橋シロキサンを含む、ＲＦストラップ

適用例４：
請求項１に記載のＲＦストラップであって、
前記金属片は、湾曲部分によって接続された２つの平面部分を含み、前記平面ン部分は、ギャップを調整可能な容量結合プラズマチャンバ内において電極およびチャンバ壁に取り付け可能である、ＲＦストラップ。

適用例５：
請求項４に記載のＲＦストラップであって、
前記金属片は、ベリリウム銅材料片である、ＲＦストラップ。

適用例６：
請求項４に記載のＲＦストラップであって、
前記電極は、底部電極である、ＲＦストラップ。

適用例７：
請求項１に記載のＲＦストラップであって、
前記ラジカルは、フッ素および／または酸素を含む、ＲＦストラップ。

適用例８：
プラズマ処理装置であって、
半導体基板を内部においてプラズマ処理するための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内において使用するためのプラズマ処理アセンブリであって、エラストマ接合と、プラズマ生成ラジカルに対する耐浸食性を向上されたシリコーンベースのエラストマ材料と、によって第２の部材に接合された第１の部材を含み、前記シリコーンベースのエラストマ材料は、プラズマ生成ラジカルから前記エラストマ接合を保護するために、前記エラストマ接合を取り囲み前記第１の部材の合わせ面を前記第２の部材の合わせ面に密着させる、プラズマ処理アセンブリと、を備えるプラズマ処理装置。

適用例９：
請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理アセンブリは、前記真空チャンバの下部に位置する基板サポートを取り囲む温度制御式のホットエッジリング・アセンブリを含み、
前記第１の部材は、下側リングに重なるセラミック中間リングを含み、前記中間リングは、前記基板サポートに組み込まれたＲＦ電極に前記下側リングを介して取り付けられ、
前記第２の部材は、前記中間リングに重なる上側リングを含み、前記上側リングは、前記真空チャンバの内部に曝された上面と、前記エラストマ接合を介して前記中間リングの上面に接合された下面とを含み、
前記シリコーンベースのエラストマ材料は、プラズマ生成ラジカルから前記エラストマ接合を保護するために、前記エラストマ接合を取り囲み前記中間リングの前記上面を前記上側リングの前記下面に密着させる、プラズマ処理装置。

適用例１０：
請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理アセンブリは、前記真空チャンバの下部に位置する基板サポートを含み、
前記第１の部材は、高周波（ＲＦ）電源に結合された下側電極アセンブリを含み、
前記第２の部材は、前記下側電極アセンブリの上面に位置する静電チャック部材を含み、前記静電チャック部材は、基板を受ける下面と、前記エラストマ接合によって前記下側電極アセンブリの前記上面に接合された下面とを有し、
前記シリコーンベースのエラストマ材料は、プラズマ生成ラジカルから前記エラストマ接合を保護するために、前記エラストマ接合を取り囲み前記下側電極の前記上面を前記静電チャック部材の前記下面に密着させる、プラズマ処理装置。

適用例１１：
請求項１０に記載のプラズマ処理装置であって、
前記シリコーンベースのエラストマ材料は、Ｏリング状である、プラズマ処理装置。

適用例１２：
請求項１１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記Ｏリング状のシリコーンベースのエラストマ材料は、多角形の断面形状を有する、プラズマ処理装置。

適用例１３：
プラズマ処理装置内において半導体基板を処理する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内において上部電極アセンブリの下で基板サポート上に基板を配することと、
前記反応チャンバにプロセスガスを導入することと、
前記反応チャンバ内において前記上部電極アセンブリと前記基板との間において前記プロセスガスからプラズマを生成することと、
前記基板を前記プラズマによって処理することと、
請求項１に記載のＲＦストラップを介して前記チャンバのパーツ間においてＲＦ電力を伝送することと、を備える方法。

適用例１４：
請求項１３に記載の方法であって、
前記処理は、前記基板をエッチングすることを含む、方法。

適用例１５：
請求項１３に記載の方法であって、
前記基板サポートは、垂直方向に移動可能であり、前記ＲＦストラップは、前記基板サポートと前記チャンバの内壁との間に電流路を提供する、方法。

適用例１６：
請求項１３に記載の方法であって、
前記上部電極は、垂直方向に移動可能であり、前記ＲＦストラップは、前記上部電極と前記チャンバの内壁との間に電流路を提供する、方法。

適用例１７：
請求項１３に記載の方法であって、
前記処理は、フッ素ラジカルを含有するプラズマを使用する第１のステップと、酸素ラジカルを含有するプラズマを使用する第２のステップとを含む、方法。

適用例１８：
プラズマ処理装置内において半導体基板を処理する方法であって、
請求項８に記載のプラズマ処理装置の反応チャンバ内において基板サポート上に基板を配することと、
前記反応チャンバにプロセスガスを導入することと、
前記反応チャンバ内において上部電極アセンブリと前記基板との間において前記プロセスガスからプラズマを生成することと、
前記基板を前記プラズマによって処理することと、を備える方法。

適用例１９：
請求項１８に記載の方法であって、
前記処理は、前記基板をエッチングすることを含む、方法。

適用例２０：
請求項１８に記載の方法であって、
前記処理は、フッ素ラジカルを含有するプラズマを使用する第１のステップと、酸素ラジカルを含有するプラズマを使用する第２のステップとを含む、方法。

Claims (12)

1. 半導体基板を処理するためにプラズマ処理装置において相対的に移動する部材同士を電気的に接続するためのＲＦストラップであって、
   表面を有する湾曲した金属片と、
   前記表面に接合された可撓性被覆であって、前記相対的な移動に応じて前記金属片とともに屈曲できる弾性を有するポリマまたはエラストマを含み、プラズマ生成ラジカルの雰囲気内における耐浸食性が向上され、前記ラジカルから前記金属片を保護する被覆と、を備えるＲＦストラップ。
2. 請求項１に記載のＲＦストラップであって、
   前記被覆は、前記被覆が形成されたその場で硬化されたフルオロエラストマ、エポキシ樹脂、シリコーン、またはこれらの組み合わせを含む、ＲＦストラップ。
3. 請求項１または２に記載のＲＦストラップであって、
   前記被覆は、前記被覆が形成されたその場で硬化された充填されていない架橋シロキサンを含む、ＲＦストラップ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のＲＦストラップであって、
   前記金属片は、湾曲部分によって接続された２つの平面部分を含み、前記平面部分は、ギャップを調整可能な容量結合プラズマチャンバ内において、前記相対的に移動する部材としての電極およびチャンバ壁に取り付け可能である、ＲＦストラップ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のＲＦストラップであって、
   前記金属片は、ベリリウム銅材料片である、ＲＦストラップ。
6. 請求項４、または請求項４に従属する請求項５に記載のＲＦストラップであって、
   前記電極は、底部電極である、ＲＦストラップ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のＲＦストラップであって、
   前記ラジカルは、フッ素および／または酸素を含む、ＲＦストラップ。
8. プラズマ処理装置内において半導体基板を処理する方法であって、
   プラズマ処理装置の反応チャンバ内において上部電極アセンブリの下で基板サポート上に基板を配することと、
   前記反応チャンバにプロセスガスを導入することと、
   前記反応チャンバ内において前記上部電極アセンブリと前記基板との間において前記プロセスガスからプラズマを生成することと、
   前記基板を前記プラズマによって処理することと、
   請求項１に記載のＲＦストラップを介して前記チャンバの前記部材間においてＲＦ電力を伝送することと、を備える方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記処理は、前記基板をエッチングすることを含む、方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、
    前記基板サポートは、垂直方向に移動可能であり、前記ＲＦストラップは、前記相対的に移動する部材としての前記基板サポートと前記チャンバの内壁との間に電流路を提供する、方法。
11. 請求項８に記載の方法であって、
    前記上部電極は、垂直方向に移動可能であり、前記ＲＦストラップは、前記相対的に移動する部材としての前記上部電極と前記チャンバの内壁との間に電流路を提供する、方法。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載の方法であって、
    前記処理は、フッ素ラジカルを含有するプラズマを使用する第１のステップと、酸素ラジカルを含有するプラズマを使用する第２のステップとを含む、方法。