JP5554705B2 - 基材処理のための方法および装置 - Google Patents

Description

プラズマ処理の進歩は半導体産業の成長を促進してきた。半導体は競合性が極めて激しいため、デバイスメーカは一般に生産量を最大化して基材で利用可能な表面積を有効に利用したい。基材のプラズマ処理中、処理されているデバイスについて高い生産量を確保するために、複数のパラメータを制御しなければならない場合がある。欠陥デバイスの一般的原因は、基材処理中の均一性の欠如である。均一性に影響を与える可能性のある要因は、基材のエッジ効果である。欠陥デバイスのもう一つの原因は、輸送中に一つの基材の背面から別の基材に剥がれ落ちるポリマ副生成物に起因するものである場合がある。

より高性能のデバイスに関する要求の結果、基材の形状をさらに縮小するための重圧とより新しい最適化された基材素材の実装とが現在の製造技術の課題とされてきた。たとえば、より大きい基材（たとえば、＞３００ｍｍ）の中心からエッジまで、均一性を維持し、あるいはエッジ効果を処理することは次第に困難になってきている。一般に、所与の形状では、エッジに近い基材上のデバイスの数は基材のサイズが大きくなるにつれて増加する。同様に、所与の基材サイズでは、エッジに近い基材上のデバイスの数はデバイスの形状サイズが減少するにつれて増加する。たとえば、多くの場合、基材上のデバイスの総数の２０％以上が基材の周辺の近くにある。

電場、プラズマ温度、およびプロセス化学からの負荷効果など、エッジ効果によって、基材エッジの近くのプロセスの結果は、基材の残りの（中心）領域と異なる可能性がある。たとえば、プラズマシースの等電位線は崩壊して、基材エッジの周囲に不均一なイオン角度分布を生じるだろう。一般に、プロセスの均一性と垂直エッチングプロファイルを維持するために、電場は基材の全表面にわたって実質的に一定に保たれることが望ましい。

さらに、エッチングプロセス中、ポリマ副生成物（たとえば、フッ素化ポリマなど）が基材背面および／または基材エッジ周辺に生じることは一般的であるだろう。フッ素化ポリマは、一般に、化学エッチング、またはフッ化炭素エッチングプロセス中に蒸着されたポリマ副生成物に事前に暴露されたフォトレジスト素材からなる。一般に、フッ素化ポリマは、Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚの化学反応式を有する物質であり、ここでｘ、ｚは０よりも大きい整数であり、ｙは０よりも大きいかまたは０に等しい整数である（たとえば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８など）。

しかし、複数の異なるエッチングプロセスの結果として連続的なポリマ層がエッジ領域に蒸着されると、一般に強力で粘着性のある有機結合がいずれは弱くなり、輸送中に剥がれるか別の基材上に剥がれ落ちることが多い。たとえば、基材は、しばしばカセットと呼ばれる実質的に清浄な容器を介してプラズマ処理システム間で組として一般に移動される。より高い場所に位置する基材が容器内で別の場所に移されると、ポリマ層の一部はダイが存在するより低い場所の基材上に落ち、デバイスの生産量に影響を与えるだろう。

図１は、一組のエッジポリマが平面的な背面に蒸着されている基材の簡略図を示す。前述のように、エッチングプロセス中、ポリマ副生成物（エッジポリマ）が基材上に生じることは一般的であろう。この例では、ポリマ副生成物は、平面的な背面、すなわち、プラズマから離れた基材の面に蒸着されている。たとえば、ポリマの厚さは、約７０°で約２５０ｎｍ（１０２）、約４５°で２７０ｎｍ（１０４）、および０°で約１２０ｎｍ（１０６）である。一般に、ポリマの厚さが大きくなると、ポリマの一部が除去されて、別の基材またはチャックに落ちて生産量に影響を与える確率が高くなる。

図２は、エッジリングのＤＣ電位が基材のＤＣ電位よりも実質的に大きい容量結合プラズマ処理システムの簡略図を示す。一般に、ソースＲＦ発生器２１０によって発生されるソースＲＦは、通常、プラズマを発生するとともに、容量性結合によってプラズマ密度を制御するために使用される。一定のエッチングアプリケーションでは、ＲＦ電力が供給される下電極に対して上電極を接地しなければならない場合がある。ＲＦ電力は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚの少なくとも一つである。さらに他のエッチングアプリケーションでは、同様のＲＦ周波数を用いて上電極と下電極の両方にＲＦ電力を供給しなければならない場合がある。

一般に、適切な一組のガスが上電極２０２の入口から流入される。ガスは、その後、給電電極としての機能も果たす静電チャック（ＥＳＣ）２０８表面のホット・エッジ・リング（ＨＥＲ）２１２（たとえば、Ｓｉなど）とともに設置された半導体基材やガラス板などの基材２０６の露出領域を処理（たとえば、エッチングまたは蒸着）するために、イオン化されてプラズマ２０４を形成する。

ホット・エッジ・リング２１２は、一般に、ＥＳＣ２０８上の基材２０６の位置決めと、プラズマのイオンによる損傷から基材自体によって保護されない下層部品の遮蔽とを含む、多くの機能を実行する。ホット・エッジ・リング２１２は、さらに結合リング２２０（たとえば、石英など）の上に位置してもよく、さらに結合リング２２０は、一般に、チャック２０８からホット・エッジ・リング２１２への電流路を提供するように構成される。一般に、設定可能なＤＣ電源２１６は、ＲＦフィルタ２１４を介してホット・エッジ・リング２１２に結合されうる。

ＲＦフィルタ２１４は、一般に、ＤＣ電源２１６に損失をもたらすことなく不要なＲＦ電力を減衰させるために使用される。ＲＦフィルタ２１４は、正または負の電流極性を選択できるスイッチモジュールと接地までの経路とを含む。ＲＦフィルタ２１４は真空リレーを含む。ＲＦ高調波は、プラズマ放電において発生され、ＤＣ電源に戻ることがＲＦフィルタによって阻止される可能性がある。

ＤＣ電源２１６が正電圧である場合、エッジリングのＤＣ電位は、典型的なプラズマプロセスにおける基材のＤＣ電位よりも実質的に高い。したがって、イオン角度分布プロファイルは、実質的に不均一であり、基材エッジなどの比較的低い電位の領域に向かう傾向のある一組のベクトルを有する。このアプリケーション（適用）は、前述の通り、ポリマを基材エッジから除去するのに極めて有用である。

ＤＣ電源２１６が正電圧である別の場合、エッジリングのＤＣ電位は、基材のＤＣ電位と実質的に同じであろう（たとえば、Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}≒０）。処理中の基材のＤＣ電位は、接地に対して負になる傾向があり、したがって、エッジリングが（接地に対して）負の電位を受け取るように結合されるとき、エッジリングのＤＣ電位と基材のＤＣ電位は実質的に等しい。その結果として、イオン角度分布は、実質的に均一であり、基材とエッジリングの両方の上方にあるプラズマシースの領域において基材に実質的に垂直な一組のベクトルを有する。前述のように、この垂直な角度プロファイルは、高いアスペクト比を有するエッチングコンタクトおよび溝など、異方性エッチングアプリケーションに有用であるかもしれない。

たとえば、ＤＣ電源の接地端子を結合することも可能であり、その場合、エッジリングは基材のＤＣ電位（ある実施形態において、処理中に一般に負である）よりも高い電位（接地電位にある）を有する可能性がある。この場合、エッジリングがＤＣ電源の正端子から電圧を受け取るように結合されるときよりも程度が低いものの、イオン角度分布はやはり基材エッジに向かう傾向がある。

しかし、ホット・エッジ・リングに関してＤＣ制御を採用する前述の先行技術の方法は、所要電圧を維持するために実質的なＤＣ電力を必要とし、デバイスの製作にコストが嵩む可能性がある。さらに、ウエハエッジとホット・エッジ・リングの間のアーク放電は、基材エッジにピッティングを生じ、デバイスに損傷をもたらして生産量を減少させる可能性がある。

本発明は、ある実施形態において、プラズマ処理チャンバにおける基材を処理する方法に関する。基材は、チャックの上方に配置され、第１のエッジリングによって囲まれる。エッジリングは、チャックから電気的に絶縁される。方法は、第１のＲＦ電力をチャックに提供することを含む。また、方法は、エッジリングのＲＦ電圧制御装置を提供することを含む。エッジリングのＲＦ電圧制御装置は、第２のＲＦ電力をエッジリングに提供するためにエッジリングに結合される。エッジリングに供給されている第２のＲＦ電力は、約２０ｋＨｚから約１０ＭＨｚの周波数を有しており、エッジリング電位を有するエッジリングをもたらす。方法は、さらに、基材を処理するためにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生することを含む。基材は、基材を処理する間にエッジリングＲＦ電圧制御装置がエッジリング電位を基材のＤＣ電位に実質的に等しくせしめるように構成されながら処理される。

上記の要旨は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の一つのみに関し、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の技術的範囲は本明細書の特許請求の範囲に記述される。本発明の上記特徴およびその他の特徴を、本発明の詳細な説明において以下の図と関連付けて以下でさらに詳しく説明する。

本発明は、添付図面の図において、制限としてではなく例として示され、同様の参照数字は類似の要素を表す。

一組のエッジポリマが平面的な背面に蒸着されている基材の簡略図を示す。 エッジリングのＤＣ電位が基材のＤＣ電位よりも実質的に大きい、容量結合されたプラズマ処理システムの簡略図を示す。 本発明の実施形態に従って、独立した低周波数（ＬＦ）ＲＦ電圧制御装置を有する、容量結合されたプラズマ処理システムの簡略図を示す。 本発明の実施形態に従って、ＲＦ発生器からの低周波ＲＦを有する複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システムを示す。 本発明の実施形態に従って、各セグメントに低周波ＲＦ電力を供給するための分割されたＨＥＲおよび装置の簡略図を示す。 本発明の実施形態に従って、局所的ガス流、温度、および／または外部ＤＣ電源制御を追加した総合的解決策を概念的に示すための簡略図を示す。

本発明を、ここで添付図面に示されるような本発明のいくつかの実施形態を参照して詳しく説明する。以下の説明では、本発明の十分な理解を与えるために数多くの詳細情報を記述する。ただし、本発明はこれらの詳細情報の一部または全部を含まずに実施されてもよいことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不必要に分かりにくくならないように周知の工程段階および／または構造を詳しく説明していない。

方法および技術を含む様々な実施形態を後述する。本発明は本発明による技術の実施形態を実施するコンピュータ可読命令が記憶されるコンピュータ可読媒体を含む製品を包含してもよいことに留意すべきである。コンピュータ可読媒体は、たとえば、半導体、磁気、光磁気、光、またはコンピュータ可読コードを記憶するその他の形態のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施する装置を包含してもよい。このような装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するための専用および／またはプログラマブル回路を含んでもよい。このような装置の例として、適切にプログラムされるときの汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータデバイスが挙げられ、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合されたコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラマブル回路の組合せを含んでもよい。

本発明の実施形態に従って、プラズマ処理パラメータの制御を強化するためにプラズマ処理システムを構成する方法および装置が提供される。本発明の実施形態は、低周波ＲＦ電力をＨＥＲに供給して基材とエッジリングの間に所望の電位差を生成することを含む。したがって、所与のプラズマプロセスに対するプラズマシースの等電位線は、最適化されうる。

本発明の一以上の実施形態において、ＲＦフィルタを介してＲＦ電力をＨＥＲに供給するために、独立した低周波ＲＦ電源およびＲＦ整合回路網が採用されうる。本発明の実施形態では、所望の電位差を生成するために、基材上方のＲＦシース電圧の領域に対して基材エッジリング上方のＲＦシース電圧の領域を独立に制御することができる。

本発明の別の実施形態において、低周波ＲＦ電力はＲＦ電源からＨＥＲに供給されてもよく、こうすることによって、通常、複数周波数ＲＦ電力が基材に供給される。ある例では、ＨＥＲへの低周波ＲＦ電力供給を制御するために可変コンデンサが採用されうる。本発明の実施形態では、所望の電位差を生成するために、基材上方のＲＦシース電圧の領域に対して基材エッジリング上方のＲＦシース電圧の領域を制御することができる。

本発明の一以上の実施形態において、ＨＥＲは複数のセグメントを有するように構成されうる。ＨＥＲの各セグメントは、複数の絶縁体によって他のセグメントから電気的に絶縁されうる。低周波ＲＦ電力は、独立に制御されて各ＨＥＲセグメントおよび共通ＲＦ電源に供給されうる。共通ＲＦ電源からの低周波ＲＦ電力は、複数の可変デバイスによって独立に制御されうる。本発明の実施形態では、基材エッジ周囲のプラズマ種の方位均一性を改善するために、ＨＥＲの各セグメントに供給されているＲＦ電力を独立に制御することができる。

本発明の一以上の実施形態において、プラズマ処理中に基材の均一性を改善する総合的解決策を提供するために、一以上の新たな制御が採用されよう。ある実施形態において、基材からＨＥＲへの急激な変化によって生じうるプラズマ種および化学的性質の差異を補償するために、ガス流差が採用されよう。別の実施形態において、ＨＥＲの温度を個別に制御するために、下部電極へのＨＥＲの静電クランピングが採用されよう。さらに別の実施形態において、ＨＥＲのＶ_ＤＣを制御するために、外部ＤＣ制御が採用されよう。

本発明の特徴および長所は、以下の図および議論を参照するとよりよく理解されよう。図３は、本発明の実施形態に従って、独立した低周波（ＬＦ）ＲＦ電圧制御装置を有する、容量結合されたプラズマ処理システム３００の簡略図を示す。

プラズマ処理システム３００は、単一、二、または三周波数ＲＦ容量性放電システムであろう。ある例では、無線周波数は、たとえば、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚを含んでもよいが、これらに限定されない。プラズマ処理システム３００は、静電チャック（ＥＳＣ）３０８の上方に配置されている基材３０６を含むように構成されうる。ＥＳＣ３０８は、給電電極としても働き、下電極３１８の上方に配置される。

たとえば、基材３０６が処理されている状況を考えてみよう。プラズマ処理中、接地までの経路（図を簡略化するために図示せず）を有する複数周波数ＲＦ発生器３１０は、ＲＦ整合回路網（図を簡略化するために図示せず）を介して低ＲＦバイアス電源を下電極３１８に供給してもよい。ＲＦ発生器３１０から供給されるＲＦ電力は、ガス（図を簡略化するために図示せず）と相互作用して上電極３０２と基材３０６との間にプラズマ３０４を点火しうる。プラズマは、基材３０６をエッチングし、および／または基材３０６に素材を蒸着して電子デバイスを形成するために採用されよう。

図３の実施において、一定のエッチングのアプリケーション（適用）では、上電極３０２をＲＦ電力が供給される下電極に対して接地しなければならない場合がある。ＲＦ電力は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚの少なくとも一つである。さらに他のエッチングのアプリケーションでは、同様のＲＦ周波数を用いて上電極と下電極の両方にＲＦ電力を供給しなければならない場合がある。

図３に示されるように、ホット・エッジ・リング（ＨＥＲ）３１２は、一般に、ＥＳＣ３０８上の基材３０６の位置決めと、プラズマのイオンによる損傷から基材自体によって保護されない下層部品の遮蔽とを含む、多くの機能を実行する。ホット・エッジ・リング３１２は、さらに結合リング３２０（たとえば、石英など）の上に位置しうる。

先行技術において、設定可能なＤＣ電源は、ＲＦフィルタを介してホット・エッジ・リングに結合されよう。先行技術の方法と違って、独立した低周波ＲＦ電源３２２およびＲＦ整合回路網３１６が、本発明の実施形態に従って、ＲＦフィルタ３１４を介してＨＥＲ３１２にＲＦ電力を供給するために採用されよう。ある例では、ＲＦ整合回路網３１６は、ＨＥＲ３１２へのＲＦ電力の供給を最大にするために採用されよう。ある実施形態において、低周波ＲＦ電力は、絶縁体スリーブ３２６に包まれた同軸ケーブル３２４を介してＨＥＲ３１２に供給されよう。図３に示されるように、ＲＦフィルタ３１４は、一般に、低周波（約２０ｋＨｚから約１０ＭＨｚ）ＲＦ電源３２２に損失をもたらすことなく不要なＲＦ電力を減衰させるために使用される。高調波は、プラズマ放電において発生され、低周波ＲＦ電源３２２に戻ることがＲＦフィルタ３１４によって阻止されよう。

基材３０６へのＲＦ結合を阻止するために、ＨＥＲ３１２に供給されている低周波ＲＦ電源の周波数は、ある実施形態において、バイアス電極、たとえば、ＥＳＣ３０８に供給されている周波数とは異なっていてもよい。基材３０６からの分離によって、ＨＥＲ３１２に供給されている低周波ＲＦ電源は、基材３０６に対する電圧、すなわち、イオンエネルギではなく、大抵の場合は、ＨＥＲ３１２で誘起されるＶ_ＤＣを独立に制御することになる。

ＨＥＲ３１２のＶ_ＤＣを制御するために低周波ＲＦ電源を採用すると、使用電力が高周波ＲＦ電源と比べて比較的低いだろう。高いＲＦ周波数はプラズマに結合する傾向があるので、高周波ＲＦ電力を採用して電圧を制御する場合の使用電力は、ＨＥＲ３１２で同じＶ_ＤＣ制御を実現するための使用電力よりも高いだろう。同様に、ＨＥＲ３１２の電圧を制御するために設定可能なＤＣ電源を採用する先行技術の解決策では、ＨＥＲ３１２で同じＶ_ＤＣ制御を実現するために、やはり、より多くの電力を必要とするだろう。有利には、低周波ＲＦ電力は、ＲＦ整合を容易に行うことができ、プロセスウィンドウの全範囲をカバーすることになる。

図３の実施において、ＨＥＲ３１２に供給されている低周波ＲＦ電源３２２は、ある実施形態に従って、所望の電位差を生成するために、基材３３２上方のＲＦシース電圧の領域に対して基材エッジリング３３０上方のＲＦシース電圧の領域を独立に制御することができる。したがって、基材３０６エッジの周囲の化学的性質および／またはプラズマは影響を受けない。

理論に縛られたくはないが、イオン角度分布は基材とエッジリングの間のＤＣ電位を変えて、所与のプロセスに対するプラズマシースの等電位線を最適化することによって制御されてもよいと本発明者は考えている。有利には、エッジリングのＲＦ結合を変更することによって基材エッジの周囲の電場を変化させてもよい。ある実施形態において、チャックはエッジリングから実質的に電気絶縁される。

たとえば、基材エッジのＤＣ電位がエッジリングのＤＣ電位と実質的に同じ（たとえば、Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}≒０）である場合、イオン角度分布は一般に均一である。その結果として、基材とエッジリングの両方の上方におけるプラズマシースの領域では、基材に実質的に垂直な一組のイオンベクトルが形成される。

しかし、基材エッジのＤＣ電位がエッジリングのＤＣ電位と実質的に異なる場合、イオン角度分布は一般に不均一である。その結果として、基材とエッジリングの両方の上方におけるプラズマシースの領域では、基材とエッジリングの表面に対して不均一になる傾向のある一組のイオンベクトルが形成される。

有利な方法には、エッジリングのＤＣ電位は、基材のＤＣ電位と独立に制御されてもよい。その結果として、基材のエッジ周囲のプラズマ中の正電荷を持つイオンの角度分布を制御するために、基材のＤＣ電位とエッジリングのＤＣ電位との差が最適化されよう。

図３において議論された前述の方法および装置のほかに、ＨＥＲにＲＦ電力を供給してＲＦシース電圧を制御するために低周波ウエハ／基材ＲＦ電力が採用されうる他の実施形態が提供されてもよい。図４は、本発明の実施形態に従って、ＲＦ発生器４１０から供給される低周波ＲＦを有する複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システム４００を示す。プラズマ処理システム４００は、接地された上電極４０２、基材４０６、静電チャック（ＥＳＣ）４０８、下電極４１８、ホット・エッジ・リング（ＨＥＲ）４１２、同軸ケーブル４２４、および絶縁体スリーブ４２６を含むように構成されよう。

たとえば、基材４０６が処理されている状況を考えてみよう。プラズマ４０４は、ガス（図を簡略化するために図示せず）がＲＦ電力発生器４１０からのＲＦ電力と相互作用するとき発生するだろう。プラズマ４０４は、電子デバイスを形成するために、基材４０６をエッチングおよび／または基材４０６に素材を蒸着するように採用されうる。

前述のように、電場、プラズマ温度、およびプロセス化学からの負荷効果など、基材エッジ効果が原因で、基材エッジの近くのプロセスの結果が基材の残りの（中心）領域とは異なる場合がある。たとえば、プラズマシースの等電位線は崩壊して、基材エッジの周囲に不均一なイオン角度分布を生じる場合がある。

ある実施形態において、一般にＲＦ電力を基材４０６に供給するＲＦ電源４１０は、高周波ＲＦフィルタ４１４および可変コンデンサ４１６を介してＨＥＲ４１２に低周波ＲＦ電力を供給するために採用されよう。ある例では、可変コンデンサ４１６は、本発明の実施形態に従って、ＨＥＲ４１２への低周波ＲＦ電力の供給を制御するために採用されよう。低周波であるため、ＲＦ発生器４１０からのＲＦ電力は、ある実施形態において、絶縁体スリーブ４２６に包まれた同軸ケーブル４２４を介してＨＥＲ４１２に供給されよう。

図４の実施において、ＨＥＲ４１２に結合されている低周波ＲＦ電源４１０は、本発明の実施形態に従って、所望の電位差を生成するために基材上方のＲＦシース電圧の領域４３２に対して基材エッジリング上方のＲＦシース電圧の領域４３０の限られた制御を行うことができる。限られた制御は、基材４０６および／またはＨＥＲ４１２の両方に同じＲＦ発生器４１０からＲＦ電力が供給されていることによるものであろう。

ＨＥＲ４１２の電圧は、基材４０６およびＨＥＲ４１２へのＲＦ電力の比を制御することによって制御されてもよいが、より多くのＲＦ電力がＨＥＲ４１２にシフトすると、基材４０６へのＲＦ電力が低下するだろう。それでも、基材４０６および／またはＨＥＲ４１２に対するＲＦ電力の独立した制御の欠如、つまり、独立したＲＦ電源を採用しない場合のトレードオフは、エッチング速度の均一性を改善するために複数周波数ＲＦ電源４１０からの低周波ＲＦ電力によって、ＨＥＲ４１２に誘起されるＤＣ電圧の制御能力をデバイスメーカに提供することによって補われてもよい。

理論に縛られたくはないが、基材に対するイオン衝撃はシースの厚さを変えることによって制御されてもよいものと本発明者は考えている。たとえば、低周波ＲＦ電力がＨＥＲに供給されて結果的にシースの厚さとインピーダンスが増加してもよい状況を考えてみよう。電圧降下は、シースの電圧降下と基材上部の表面の電圧降下を組み合わせたものである。厚いシース、すなわち、より高いインピーダンスでは電圧降下が高くなるため、基材に対するイオン衝撃は少なくなるかもしれない。ある実施形態において、基材に対するイオン衝撃に影響を与えるために、低周波ＲＦ電力を介してＨＥＲの電圧を調整することによってシースの厚さが制御されうる。

低周波ＲＦ電力をＨＥＲに印加することによる別の間接的影響は、上電極にＤＣを印加することに似たＤＣ同様の影響である。たとえば、低いＲＦ電力は、ＨＥＲに誘起されるＶ_ＤＣを増加せしめるように増加されよう。結果として、上電極の電圧降下が高くなり、二次電子をプラズマの中に放出せしめてプラズマ密度を高めることになる。したがって、プラズマ密度は、低周波ＲＦ電力を介してＨＥＲの電圧によって制御されうる。

一般に、低周波ＲＦ電力は、高周波ＲＦ電力よりも供給および制御が容易である。図３および４の実施において、低周波ＲＦ電力は、ある実施形態において、安価な同軸ケーブルによってＨＥＲに供給されよう。先行技術では、高周波ＲＦ電力がＨＥＲの局所的領域に供給されているとき、ウエハエッジ周囲のプラズマ種の方位均一性は高周波ＲＦ電力によるＨＥＲへの影響が局所的であるために低い。高周波ＲＦ電力において、高周波ＲＦ電力からのエネルギはプラズマ種に結合するだろう。対照的に、低周波ＲＦ電力はＨＥＲに局所的影響をもたらさないため、ウエハエッジ周囲の方位均一性は高い。低周波ＲＦ電力は、プラズマ種に結合せずにＨＥＲの電圧に影響を与える。本明細書で採用される「方位」という用語は、方向の水平成分、たとえば、水平線の周囲で測定されるものとしてのコンパス方位を表す。

低周波ＲＦ電力がＨＥＲに供給されるときは、方位均一性が高くなるだろう。ウエハエッジ周囲のプラズマ種の方位均一性は、ＨＥＲへの低周波ＲＦ電力供給を分割することによって改善されよう。図５は、本発明の実施形態に従って、各セグメントに低周波ＲＦ電力を供給するための分割されたＨＥＲおよび装置の簡略図を示す。

図５の実施において、ＨＥＲは、ある実施形態において、複数のセグメント（５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、および５０６Ｄ）に分割されうる。各ＨＥＲセグメントは、本発明の実施形態に従って、複数の絶縁体（５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、および５０８Ｄ）によって他のセグメントから電気的に絶縁されうる。ある実施形態において、低周波ＲＦ電力は、個別に制御されて各ＨＥＲセグメントに供給されうる。ある実施形態において、たとえば、低周波ＲＦ電力は、共通のＲＦ電源５０２から供給されうる。共通のＲＦ電源５０２から供給される低周波ＲＦ電力は、本発明の実施形態に従って、各ＨＥＲセグメントに対して複数の可変デバイス（５０４Ａ、５０４Ｂ、５０４Ｃ、および５０４Ｄ）によって個別に制御されうる。これらの可変デバイスは、たとえば、可変整合器によって実施されうる。可変デバイスは、ＨＥＲセグメントへの低周波ＲＦ電力の供給を独立に制御するために採用されうる。

たとえば、プラズマ処理中にセグメント５０６ＣのＨＥＲに方位不均一性があってもよい状況を考えてみよう。低周波ＲＦ電力は、共通のＲＦ電源５０２からＨＥＲセグメント５０６Ｃに供給されているＲＦ電力量を制御するために、可変デバイス５０４Ｂを調整することによって局所的に調整されよう。したがって、ウエハエッジ周囲のプラズマ種の方位均一性は、ホット・エッジ・リングの各セグメントに供給されているＲＦ電力量を個別に制御することによって改善されよう。ＨＥＲのセグメントへのＲＦ電力供給の局所的影響が方位不均一性を引き起こす可能性のある先行技術とは対照的に、ＨＥＲのセグメントに対してＲＦ電力を制御して供給すると、ウエハエッジの周囲により優れた方位均一性をもたらすだろう。

ＨＥＲに対する電圧制御が低周波ＲＦ電力によっていったん実現されると、本発明の一以上の実施形態に従って、プラズマ処理中に基材の均一性を改善する総合的解決策を提供するために、一つ以上の新たな制御が導入されよう。図６は、本発明の実施形態に従って、局所的ガス流、温度、および／または外部ＤＣ電源制御を追加した総合的解決策を概念的に示すための簡略図を示す。

たとえば、シース電圧および／またはイオン軌道問題を補正するためにプラズマ処理中に低周波ＲＦ電力がＨＥＲ６１２に供給される状況を考えてみよう。ウエハエッジ周囲の化学的性質は、ＨＥＲ素材のスパッタリングのために影響を受けるだろう。スパッタＨＥＲ素材からの副生成物は、相互に作用してＨＥＲに隣接するウエハエッジにおける局所的なエッチングの化学的性質に干渉するだろう。

図６の例では、ガス流差は、ある実施形態において、種々のエッチングガス密度を提供するために基材６０６およびＨＥＲ６１２を含みうる領域における複数のノズル（６０２Ａ、６０２Ｂ、６０２Ｃ、および６０２Ｄ）から導入されよう。したがって、基材６０６からＨＥＲ６１２への急激な変化によって生じるプラズマ種および化学的性質の差異を補償するために、異なるプラズマ種が基材６０６およびＨＥＲ６１２における異なる領域に存在しうる。

概念的に、基材６０６および／またはＨＥＲ６１２におけるガス流差を得るために、ある実施形態によると、第１のノズル６０２Ａからの第１のガス流速は第２のノズル６０２Ｂからの第２の第２の流速と異なる。各ノズルのガス流速は、適切な流量制御方式および流量制御機構（たとえば、質量流量コントローラ）を用いて積極的に操作されよう。したがって、ＨＥＲ６１２のＲＦ電圧制御からＨＥＲ素材の不要なスパッタリングによって生じる化学効果を補正するために、プラズマ密度が個別に制御されうる。

一般に、基材６０６および／またはＨＥＲ６１２のウエハエッジの温度、たとえば、Ｔ_基材および／またはＴ_{エッジリング}は、プラズマ処理中に上昇するだろう。ＨＥＲ６１２における温度が無制限に上昇すると、ウエハエッジの結果に悪影響を与えるおそれがある。たとえば、ＨＥＲ６１２が熱くなると、ＨＥＲ６１２の局所的近傍におけるウエハエッジのプラズマ種の化学的性質および反応性が変化するだろう。本発明者らは、本明細書において、プラズマ処理中にプロセスの均一性を維持するために、基材６０６および／またはＨＥＲ６１２の温度を個別に制御する必要があることに気付いている。

ある実施形態において、基材６０６の温度は、基材６０６をチャック（ＥＳＣ）６０８に静電的にクランプすることによって制御されてもよい。同様に、ＨＥＲ６１２の温度は、ある実施形態において、やはりＨＥＲ６１２の下部電極６１８への静電クランピングを採用することによって個別に制御されてもよい。熱伝達機構をクランプすることによって、ＨＥＲ６１２の温度は、下部電極６１８からＨＥＲ６１２に熱を伝達する。したがって、静電力を採用して基材６０６またはＨＥＲ６１２をクランプすることによって、エッチングを適正な速度で行えるように、Ｔ_基材および／またはＴ_{エッジリング}が個別に制御されてもよい。

たとえば、低周波ＲＦ電力をＨＥＲ６１２に印加している間にＲＦフィルタ６１４を介して外部ＤＣ電源６１６によってＤＣ電圧を操作する状況を考えてみよう。ある例では、低周波ＲＦ電力をＨＥＲ６１２に印加している間にＤＣを接地してもよい。別の例では、低周波ＲＦ電力をＨＥＲ６１２に印加している間にＤＣ電圧、すなわち、正または負のＶ_ＤＣを印加してもよい。

低周波ＲＦ電力がプラズマ処理中にＨＥＲ６１２に印加されているとき、Ｖ_ＤＣがＨＥＲ６１２に誘起されてプラズマ電位を押し上げるだろう。ＨＥＲ６１２のＶ_ＤＣを強制的にゼロに保つために、プラズマ電位がシフトして基材６０６のイオンエネルギに影響を与える傾向があろう。低周波ＲＦ電力をＨＥＲ６１２に印加しながら外部からＨＥＲ６１２をＤＣ制御することによって、基材６０６のイオンエネルギが独立に制御されうる。

一般に、デバイスの製作は多段階プロセスとなる傾向がある。基材のプラズマ処理のプロセスレシピにおける各ステップは、固有のプロセスパラメータを有するだろう。たとえば、エッチングステップのプロセスレシピは、ある実施形態において、プラズマシースを制御して基材エッジにおいてより優れた均一性を得るためにＨＥＲに導かれる低周波ＲＦ電力を指定しよう。しかし、低周波ＲＦ電力がプラズマ処理中にＨＥＲに印加されていなければ、イオンは、ＨＥＲと基材との電位差によって、基材エッジの背面、すなわち、傾斜エッジの背面に衝突する傾向がある。イオンが傾斜エッジに衝突すると、傾斜エッジのポリマ堆積物がイオン衝撃によって除去されよう。したがって、基材の傾斜エッジをクリーニングするその場のプロセスステップが実現されよう。例えば、その場のクリーニングステップのプロセスレシピは、ある実施形態において、イオンを傾斜エッジに衝突させるために低周波ＲＦ電力がオフになるように指定してもよい。

前述の内容から分かるように、本発明の実施形態は、ウエハエッジ周囲のＨＥＲのシース電圧を制御することによってウエハエッジ効果の制御の方法および装置を提供する。ガスの微調整および／または低ＲＦＨＥＲ電圧制御を用いた熱制御（これらのアプローチは、単独で、あるいは任意の組合せおよび／またはシーケンスで採用されてよい）のための静電クランピングという総合的解決策を採用することによって、ウエハエッジ効果に対するプラズマ処理は、より高い生産量のデバイス製作を実現するために局所的に制御されうる。低ＲＦＨＥＲ電圧制御を用いた外部ＤＣ制御を採用することによって、基材のイオンエネルギは独立に制御されうる。プロセスレシピの様々なステップでＨＥＲ電圧を制御することによって、ポリマ堆積物のその場のクリーニングが傾斜エッジで可能である。さらに、イオンエネルギおよびプラズマ密度を示唆する複数の二次的な結果が、プラズマ処理中に制御されうる。

本発明をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲に入る変更、置換、および等効物がある。また、発明の名称、発明の概要、および要約書は、便宜のために記載されているものであり、本明細書の特許請求の範囲を解釈するために使用されるべきでない。また、本発明の方法および装置には多くの代替的実施方法があることにも留意されたい。本明細書には様々な例が記載されているが、これらの例は説明のためのものであり、本発明に関して限定するものではない。さらに、本出願において、一組の「ｎ個」の項目は、その組のゼロまたはそれ以上の項目を表す。したがって、以下に添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨および範囲に入るすべての上記変更、置換、および等効物を含むと解釈されるものとする。

Claims (26)

1. プラズマ処理チャンバ内で、基材を処理する方法であって、前記基材はチャックの上方に配置され、エッジリングによって囲まれており、前記エッジリングは前記チャックから電気的に絶縁されており、
   第１のＲＦ電力を前記チャックに提供することと、
   エッジリングＲＦ電圧制御装置を提供することであって、前記エッジリングＲＦ電圧制御装置は、低周波ＲＦ電源を含み、第２のＲＦ電力を前記エッジリングに提供するように前記エッジリングに結合されており、前記エッジリングに供給されている前記第２のＲＦ電力は、２０ｋＨｚから１０ＭＨｚの周波数を有しており、エッジリング電位を有する前記エッジリングをもたらすことと、
   前記基材を処理するように前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生することと、を含み、
   前記基材を処理する間に、前記エッジリングＲＦ電圧制御装置が前記エッジリング電位を前記基材のＤＣ電位に等しくせしめるように構成されて、基板が処理され、
   本方法は、
   領域にわたってガス流差を発生することであって、前記領域は、前記基材および前記エッジリングを含み、前記ガス流差は複数のノズルによって提供されることと、
   前記エッジリングの温度を独立に制御するように前記エッジリングに静電クランプ手段を提供することと、
   前記エッジリングにＤＣ電力を提供するように外部ＤＣ電圧制御装置を提供することと、をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 前記エッジリングＲＦ電圧制御装置は、ＲＦフィルタ装置とＲＦ整合装置とを含み、前記ＲＦフィルタ装置は、前記エッジリングとＲＦ電源との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＦ電源は、前記第１のＲＦ電力を前記チャックに提供するために採用されるＲＦ発生器とは異なるＲＦ発生器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ＲＦ電源は、前記第１のＲＦ電力を前記チャックにも提供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ＲＦフィルタ装置は、前記ＲＦ電源に達する不要な高調波ＲＦエネルギを減衰させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記ＲＦ整合装置は、前記エッジリングへのＲＦ電力供給を最大にするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
7. 前記エッジリングに供給されている前記第２のＲＦ電力の周波数は、前記第１のＲＦ電力の周波数と異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記チャックに供給されている前記第１のＲＦ電力は、２ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記チャックに供給されている前記第１のＲＦ電力は、２７ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記チャックに供給されている前記第１のＲＦ電力は、６０ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 前記エッジリングは前記基材から電気的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記エッジリングはモノリシックユニットであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記エッジリングが複数のセグメントに分割されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記エッジリングの前記複数のセグメントのセグメントは、前記エッジリングの前記複数のセグメントの隣接するセグメントから電気的に絶縁されるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記エッジリングの前記複数のセグメントの少なくとも２つのセグメントは、前記複数のセグメントの前記少なくとも２つのセグメントの各々に供給される前記第２のＲＦ電力を独立に制御するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 基材を処理するように構成されたプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムであって、前記基材はチャックの上方に配置され、エッジリングによって囲まれており、前記エッジリングは前記チャックから電気的に絶縁されており、
    前記チャックに提供される第１のＲＦ電力と、
    前記エッジリングに第２のＲＦ電力を提供するように前記エッジリングに結合される、低周波ＲＦ電源を含むエッジリングＲＦ電圧制御装置と、を備え、
    前記エッジリングに供給されている前記第２のＲＦ電力は、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有し、それにより、エッジリング電位を有する前記エッジリングをもたらし、前記プラズマ処理チャンバは、前記基材を処理するようにプラズマを衝突させるように構成され、前記基材を処理する間、前記エッジリングＲＦ電圧制御装置が前記エッジリング電位を前記基材のＤＣ電位に等しくせしめるように構成されて、前記基材が処理され、
    本プラズマ処理システムは、
    領域にわたって流れるように構成されたガス流差であって、前記領域は前記基材および前記エッジリングを含み、前記ガス流差は複数のノズルによって提供される、ガス流差と、
    前記エッジリングの独立した温度制御を前記エッジリングに提供するように構成された静電クランプ手段と、
    前記エッジリングにＤＣ電力を提供するように構成された外部ＤＣ電圧制御装置と、をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理システム。
17. 前記エッジリングＲＦ電圧制御装置は、ＲＦフィルタ装置およびＲＦ整合装置を含み、前記ＲＦフィルタ装置は、前記エッジリングとＲＦ電源との間に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
18. 前記ＲＦ電源は、前記第１のＲＦ電力を前記チャックに提供するように採用されるＲＦ発生器とは異なるＲＦ発生器であることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
19. 前記ＲＦ電源は、前記第１のＲＦ電力を前記チャックにも提供することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
20. 前記エッジリングに供給されている前記第２のＲＦ電力の周波数は、前記第１のＲＦ電力の周波数とは異なることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
21. 前記チャックに供給されている前記第１のＲＦ電力は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚの少なくとも一つを含む一組のＲＦ周波数を有することを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理システム。
22. 前記エッジリングは前記基材から電気的に分離されることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
23. 前記エッジリングはモノリシックユニットであることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
24. 前記エッジリングが複数のセグメントに分割されて構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
25. 前記エッジリングの前記複数のセグメントのセグメントは、前記エッジリングの前記複数のセグメントの隣接するセグメントから電気的に絶縁されるように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
26. 前記エッジリングの前記複数のセグメントの少なくとも２つのセグメントは、前記複数のセグメントの前記少なくとも２つのセグメントの各々に供給される前記第２のＲＦ電力を独立に制御するように構成されていることを特徴とする請求項２５に記載のプラズマ処理システム。

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