JP6852974B2 - エッジに限局されたイオン軌道制御及びプラズマ動作を通じた、最端エッジにおけるシース及びウエハのプロフィール調整 - Google Patents

Description

本実施形態は、半導体ウエハ処理機器ツールに関し、特に、プラズマプロセスチャンバ内で使用されるエッジリングアセンブリに関する。

ウエハ全域の均一性を求める進歩にかかわらず、依然として、ウエハのエッジ領域及び最端エッジ領域におけるエッチングの挙動が課題であり続けている。ダイの少なくとも１０％がウエハのこの領域で影響を受け、ダイごとの費用増加を考慮すると、その経済的な影響はとりわけ深刻になりえる。約１〜５ｍｍをエッジ除外領域とする（例えば、３００ｍｍウエハの半径に沿って１４０〜１５０ｍｍにおける）遠エッジ効果が、ウエハ面内の均一性を実現しようとする現行の製造努力の積極的焦点である。

大半のプロセスは、駆動輸送の傾向があるので、エッチング性能は、ウエハ上の特定の領域の上方におけるプラズマの組成に依存し、どのプラズマ源にも、チャンバ壁に由来する何らかの非均一性及び影響が内在している。ウエハのエッジにおける中性種及びイオン種のプラズマ種組成は、電気的不連続性及び化学的不連続性の両方の原因となる「ウエハサイズの有限性」に起因する不連続性ゆえに、ウエハの中心とは異なる傾向がある。中性束の勾配と相まって、ウエハ最端エッジにおけるエッチング挙動は、ウエハの残りの領域とは極めて異なるだろう。

ウエハのエッジでは、バイアスをかけられた表面から接地された又は浮遊した表面に表面が切り替わるために、電圧勾配が形成される。その結果、ウエハ材料とチャンバ材料（特にエッジリング）との間の電気的性質の相違と相まって、シースの湾曲、垂直からのイオン束のずれ、及びウエハへのイオン集束が生じる。これは、エッチング特徴に望ましくない影響を及ぼし、特徴の傾斜及び／又は限界寸法（ＣＤ）のばらつきのいずれかを通じて不均一性として現れる。

現時点では、静電チャック（ＥＳＣ）が処理プラズマに曝されること及び材料特性の変化ゆえにウエハのエッジ近くで電気的不連続性が本質的に引き起こされることを防ぐために、反応性イオンエッチングチャンバ（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているＫｉｙｏ（登録商標）シリーズのプロセスチャンバ）において、様々な導電率の誘電体エッジリングが使用されている。この電気的性質の不連続性に起因するプラズマシースの湾曲によって引き起こされるイオン集束及びイオン軌道を軽減するための、追加の調整つまみはなく、したがって、特徴の傾斜及びＣＤの非均一性の問題は、尚も続いている。

本開示の実施形態が生じるのは、このような状況においてである。

本開示の実施形態は、通常は（約０〜５ｍｍをエッジ除外領域とする）（３００ｍｍウエハの半径に沿って）おおよそ１２０〜１５０ｍｍの範囲であるウエハ最端エッジにおける及びその範囲を超えたところにおけるプラズマシース境界の制御を可能にしてそのような制御を行うことによって、エッジに限局されたイオン軌道制御を促し、それによってウエハ最端エッジにおけるウエハプロフィール調整を提供するための、方法、装置、並びにシステムを提供する。イオン軌道の制御を実現し、ウエハエッジ近くにおけるシースの湾曲の結果として引き起こされるイオン集束効果を最小限に抑えることによって、ウエハへのイオンの軌道のみならず、イオン束対中性束の比率（即ちイオン対エッチャント及び／又はイオン対パッシバント）も操作することができる。その結果、更なる調整によって、（例えばエッジリング及び静電チャック（ＥＳＣ）（例えば、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているＨｙｄｒａ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ）の）温度や、パッシバント勾配プロフィール（例えばＲＴＣ）限界寸法均一性（ＣＤＵ）などのパラメータを、低減技術ノードに合わせて最適化することもできる。

一部の実装形態では、ウエハ最端エッジにおけるイオン束及びイオン軌道の制御が、ＲＦで通電されるエッジリングを通じて実現される。この場合は、電極が、ウエハを取り囲むエッジリングの内部に埋設され、低ＲＦ周波数で通電される（低周波数では電圧が高くなる）。十分に高い制御電圧を埋設電極に対して使用することによって、エッジリング上におけるシースの連続性を可能にし、それによって、ウエハ最端エッジの付近におけるプラズマシース境界を修正することができる。低周波数ＲＦで通電されるエッジリングによる修正されたシース境界の存在は、ウエハのエッジにおけるイオン傾斜及びイオン集束を低減する。

一実装形態では、プラズマ処理チャンバのためのエッジリングアセンブリが提供される。該アセンブリは、第１のＲＦ電源への電気接続用に構成された静電チャック（ＥＳＣ）を取り囲むように構成されたエッジリングであって、ＥＳＣは、基板を支持するための上面と、該上面を取り囲む環状段差とを有し、該環状段差は、上記上面よりも低い環状棚を画定する、エッジリングと、エッジリングの下方に且つ環状棚の上方に配置された環状電極と、該環状電極をＥＳＣから隔離するために環状電極の下方に配置された誘電体リングであって、環状棚の上に位置決めされる誘電体リングと、ＥＳＣを通るように及び誘電体リングを通るように配置された複数の絶縁コネクタであって、第２のＲＦ電源と環状電極との間の電気接続をそれぞれ提供する複数の絶縁コネクタとを含む。

一実装形態では、複数の絶縁コネクタのそれぞれは、同軸コネクタとして定められる。

一実装形態では、複数の絶縁コネクタのそれぞれは、第２のＲＦ電源を第１のＲＦ電源から隔離するように構成される。

一実装形態では、エッジリングは、上面を有し、該エッジリングの上面は、エッジリングの内径に画定された段差エッジを有し、該段差エッジの下部は、基板が存在するときにその基板が段差エッジの下部の上に広がるように、ＥＳＣの上面よりも低い高さに位置するように構成される。

一実装形態では、環状電極の少なくとも一部が、エッジリングの段差エッジの下方に配置される。

一実装形態では、プラズマ処理時における環状電極へのＲＦ電力の印加が、プラズマ処理時に形成されるプラズマシースを、エッジリングを実質的に覆うように画定された空間領域内へ放射状に広がらせる。

一実装形態では、プラズマ処理時における環状電極へのＲＦ電力の印加は、基板のエッジ領域におけるイオン集束を低減する。

一実装形態では、プラズマ処理時における環状電極へのＲＦ電力の印加は、基板のエッジ領域における、基板の上面に垂直な方向からのイオン軌道の傾斜を減少させる。

一実装形態では、環状電極は、約５〜２８ミリメートルの半径方向幅を有する。

一実装形態では、環状電極は、約０．５〜５ミリメートルの厚さを有する。

一実装形態では、環状電極は、複数の同心電極として定められ、該複数の同心電極のぞれぞれは、第２のＲＦ電源に電気的に接続される。

一実装形態では、環状電極は、導電性材料の網の目状構造として定められる。

一実装形態では、環状電極は、エッジリングと一体化される。

一実装形態では、環状電極は、少なくともエッジリングの半径方向幅と同じ幅の半径方向幅を有する。

別の一実装形態では、プラズマ処理のためのシステムが提供される。該システムは、プロセスチャンバと、該プロセスチャンバ内に配置された静電チャック（ＥＳＣ）であって、プラズマ処理時に基板を支持するように構成された上面を有し、更に、該上面を取り囲む環状段差を含み、該環状段差は、上記上面よりも低い高さに環状棚を画定し、該環状棚は、エッジリングアセンブリに適応するように構成され、エッジリングアセンブリは、ＥＳＣを取り囲むように構成されたエッジリングを含み、エッジリングの下方には、環状電極が配置され、該環状電極の下方に且つ環状棚の上方には、エッジリングが配置される、静電チャック（ＥＳＣ）と、ＥＳＣ内に配置されたバイアス電極であって、基板にかかるバイアス電圧を生成するために、第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受信するように構成されるバイアス電極と、ＥＳＣを通るように配置された複数の絶縁コネクタであって、該複数の絶縁コネクタは、誘電体リングを通るように配置されるように構成され、複数の絶縁コネクタのそれぞれは、第２のＲＦ電源と環状電極との間の電気接続を提供するように構成される、複数の絶縁コネクタとを含む。

一実装形態では、複数の絶縁コネクタのそれぞれは、同軸コネクタとして定められる。

一実装形態では、複数の絶縁コネクタは、第２のＲＦ電源を第１のＲＦ電源から隔離するように構成される。

別の一実装形態では、プラズマ処理のためのシステムが提供される。該システムは、プロセスチャンバと、該プロセスチャンバ内に配置された静電チャック（ＥＳＣ）であって、プラズマ処理時に基板を支持するように構成された上面を有し、更に、該上面を取り囲む環状段差を含み、該環状段差は、上記上面よりも低い高さに環状棚を画定し、該環状棚は、エッジリングアセンブリに適応するように構成され、エッジリングアセンブリは、ＥＳＣを取り囲むように構成されたエッジリングを含み、エッジリングアセンブリは、更に、誘電体リングを含む、静電チャック（ＥＳＣ）と、ＥＳＣ内に配置されたバイアス電極であって、基板にかかるバイアス電圧を生成するために、第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受信するように構成されるバイアス電極と、ＥＳＣ内に配置された環状電極であって、ＥＳＣの上面の周縁領域の下方に配置される環状電極と、ＥＳＣを通るように配置された複数の絶縁コネクタであって、第２のＲＦ電源と環状電極との間の電気接続をそれぞれ提供するように構成される複数の絶縁コネクタとを含み、誘電体リングは、環状電極の下方に且つ環状棚の上方に配置される。

一実装形態では、環状電極及び複数の絶縁コネクタは、第２のＲＦ電源を第１のＲＦ電源から隔離するように構成される。

一実装形態では、環状電極の第１の部分が、ＥＳＣの上面上にあるときの基板の下方に配置され、環状電極の第２の部分が、基板の直径を超えて半径方向に広がる。

一実装形態では、第１のＲＦ電源及び第２のＲＦ電源は、既定の位相角差でそれぞれのＲＦ電力を提供するように構成される。位相角差は、所望のイオン束を、及びその結果としての所望のエッチングプロフィールを実現するために、動的に調整可能である。

本開示の一実施形態に従う、エッチング動作のためのプラズマ処理システム１００の構造図である。

本開示の一実施形態に従う、プラズマ処理システム１００の設計図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマ処理チャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングアセンブリの断面を概念的に示す図である。

本開示の実装形態に従う、ＥＳＣ及びエッジリングアセンブリの拡大断面図である。

本開示の実装形態に従う、ＥＳＣ及びエッジリングアセンブリの切断図である。

本開示の実装形態に従う、エッジリング及びＥＳＣの断面図である。

本開示の実装形態に従う、エッジリング及びＥＳＣの断面図である。

本開示の実装形態に従う、複数の同心電極が埋め込まれたエッジリングの断面図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマ処理動作時に生成されるプラズマシースを概念的に示す図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマ処理動作時に生成されるプラズマシースを概念的に示す図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図である。 本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図である。 本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図である。 本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図である。 本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図である。

図４Ａ〜４Ｅの実装形態に従う、基板の上面に沿った半径方向位置に対してＡｒイオン束をプロットしたグラフである。

図４Ａ〜４Ｅの実装形態に従う、基板に沿って約１３〜１５センチメートルの範囲（直径３００ｍｍの基板のエッジの近く）の半径方向位置に対してＡｒイオン束をプロットしたグラフである。

本開示の実装形態に従う、エッジリング環状電極に印可される電圧が様々な場合における正規化エッチング速度を３００ｍｍウエハに沿った半径方向位置に対してプロットしたグラフである。

本開示の実装形態に従う、エッジリング及び台座／ＥＳＣの図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングの断面を概念的に示す図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングの断面を概念的に示す図である。

本開示の実装形態に従う、ＥＳＣに印加される電力と環状電極に印加される電力との間の位相差が様々な場合における影響を示す図である。

本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの切断図である。

本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバの下方ボウルの内部図である。 本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバの下方ボウルの内部図である。

本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの断面図である。

本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの断面図である。

本開示の実装形態に従う、ＨＢｒプラズマプロセスにおけるエッチング速度プロフィールを示すグラフである。

本開示のシステムを制御するための制御モジュール１０００の図である。

本開示の実施形態は、エッジに限局されたイオン軌道制御及びプラズマ動作を通じて最端エッジにおけるシース及びウエハのプロフィール調整を可能にするための、方法、装置、並びにシステムを提供する。本実施形態は、プロセス、装置、システム、デバイス、又は方法などの、数々の形態で実装可能であることがわかる。幾つかの実施形態が、以下で説明される。

一部の実装形態では、ウエハの最端エッジにおけるイオン束及びイオン軌道の制御が、ＲＦで通電されるエッジリングアセンブリを通じて実現される。電極が、ウエハを又は静電チャック（ＥＳＣ）セラミックの最端エッジを取り囲むエッジリングアセンブリの内部に埋め込まれ、該エッジリングアセンブリは、（４００ｋＨｚや、２ＭＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚなどの）低ＲＦ周波数で電極を通電する。電極は、それがＥＳＣから電気的に隔離されて、ＥＳＣにかかるＲＦ電力とは別々に制御可能であるＲＦ電力を供給される限り、エッジリングの内部に作成されること又は誘電体間に挟まれることが可能である。以下で更に詳細に論じられるように、ＲＦ電力は、ＥＳＣの周縁に画定可能なフィード（供給線）を通じて供給することができる。

十分に高い電圧を埋め込み電極に対して使用することによって、エッジリング上におけるシースの連続性を可能にし、それによって、ウエハ最端エッジの付近におけるプラズマシース境界を修正することができる。ＲＦで通電されるエッジリングによる修正されたシース境界の存在は、ウエハのエッジにおけるイオン傾斜及びイオン集束を低減する。埋設電極へのＲＦ電圧の印加は、ＥＳＣへの主ＲＦ供給と同相であってよい、又は位相差があってよい。２つのＲＦ電圧間に位相差を用いることによって、ウエハのエッジの近くに横方向の電場が形成され、これは、ウエハ最端エッジにおけるイオン軌道を制御する形にシースを修正させることができる。

ＲＦで通電されるエッジリングアセンブリは、ウエハのエッジ及びウエハのエッジの近くにおけるプラズマが影響を受けることができるように、ＥＳＣの周囲の領域に配置される。プラズマに及ぼされる影響は、エッジ除外領域に近い領域における及びウエハの物理的なエッジの外まで及ぶプラズマシースの均一性及び連続性の提供を助けることができる。エッジ除外領域に到るまでの及びエッジ除外領域も含む均一性を提供することによる利点は、ウエハごとに画定可能な有用な集積回路が増えることであり、これは、製造歩留まりを向上させる。

低いＲＦ周波数の使用によって、より高い電圧が得られる一方で、より高いＲＦ周波数の使用によって、高いプラズマ密度が実現可能である。ウエハ最端エッジに局在するパッシベーション種を生成する場合は、≧２７ＭＨｚの高いＲＦ周波数で通電されるエッジリングを設計すればよいだろう。ただし、これは、常に望ましいとは限らない。具体的には、電圧の制御及びシース境界の修正のためには、より低い範囲（４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）のＲＦ周波数が利用可能である。その他の実施形態では、埋設電極とエッジリングの辺縁とを半径方向に重複させ、それによってウエハのエッジの上方におけるシースを操作するために、埋設電極に適応するように延長されたＥＳＣセラミック段差が利用可能である。

エッジリングにかかる電圧を制御するとともにウエハの最端エッジにおける容量結合に作用する、低周波ＲＦで通電されるエッジリングを通じて、ウエハの最端エッジにおける制御が可能である。これは、ウエハの最端エッジにおける電気的不連続性及び化学的不連続性による影響が軽減されるという意味で技術的な利点を提供する。

図１Ａは、本開示の一実施形態に従う、エッチング動作のためのプラズマ処理システム１００の構造図を示している。図１Ｂは、本開示の一実施形態に従う、プラズマ処理システム１００の設計図を示している。システム１００は、ＥＳＣ１０３を含むチャンバ１０１と、誘電体窓１０７とを含む。図１Ｂの実施形態におけるＥＳＣ１０３は、チャンバ１０１の側方から伸びるサイドアームで支持されているが、ＥＳＣ１０３は、チャンバ１０１の基部から又は下側の開口を通って伸びる支持を通じて底側から支持されてもよいことがわかる。更に、ＥＳＣ１０３には、ＥＳＣ１０３の底部からＲＦ電力が供給されてよく、このようなＲＦ電力は、ＥＳＣ１０３に対称的に供給することができる。ＥＳＣ１０３は、プラズマ処理動作時に基板１０５を支持するように画定される。本明細書で言う基板は、半導体デバイス製造時に存在するあらゆるタイプの基板のうち、半導体ウエハ、ハードドライブディスク、光ディスク、ガラス基板、フラットパネルディスプレイ表面、液晶ディスプレイ表面を指し、ただし、これらに限定はされない。一実施形態では、ＥＳＣ１０３は、基板１０５を支持する及び保持するための静電ＥＳＣである。別の一実施形態では、ＥＳＣ１０３は、物理的拘束によって基板１０５を保持するように画定される。ＥＳＣ１０３は、バイアス整合回路１１３及びイオンエネルギ・角度分布関数（ＩＥＡＤＦ）制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１から高周波数（ＲＦ）電力を受信するように接続された１つ以上のバイアス電極１０４（以下、バイアス電極１０４）を含む。バイアスＲＦ電源１１１は、電気接続１１９Ａ及び１１９Ｂによって示されるように、基準地電位１１７とバイアス整合回路１１３との間に接続される。バイアス整合回路１１３は、ＩＥＡＤＦ制御回路１１５に電気的に接続され、これは、電気接続１１９Ｃによって示されるように、バイアス電極１０４に電気的に接続される。

ＥＳＣ１０３は、基板１０５の把持及び解放を可能にするために、クランプ電極（不図示）を含む。また、この実施形態では、クランプ電極によるＥＳＣ１０３への基板１０５の静電把持を実現するために、フィルタ・直流（ＤＣ）クランプ電源が提供される。また、ＥＳＣ１０３は、基板１０５を受け取る、基板１０５を下降させてＥＳＣ１０３に載せる、及び基板１０５を持ち上げてＥＳＣ１０３から離れさせるための、リフトピンなどのその他の制御システムを含むことができる。また、図には示されていないが、チャンバ１０１内の圧力の制御を提供するために、及びプラズマ処理動作時にチャンバ１０１からガス状の副生成物を排出させるために、ポンプがチャンバ１０１に接続される。

各種の実施形態では、特にセラミック材料又は石英などの誘電体材料から誘電体窓１０７が画定される。その他の実施形態では、誘電体窓１０７は、チャンバ１０１内においてプラズマ処理動作時に曝される条件に耐えられる限り、その他の誘電体材料で画定されることも可能であると理解される。一部のプラズマ処理動作では、チャンバ１０１は、摂氏約５０〜１２０度の温度範囲内の昇温で運転される。総じて、チャンバ１０１内の温度は、実施される具体的なエッチングプロセスに依存する。また、チャンバ１０１は、約１〜１００ミリトール（ｍＴ）の圧力範囲内の減圧条件で運転されることも可能である。

システム１００は、また、チャンバ１０１の外側の誘電体窓１０７の上に配置されたＴＣＰ（トランス結合プラズマ）コイル１０９を含む。ＴＣＰコイル１０９は、ＴＣＰ整合回路１２３によってＴＣＰ ＲＦ電源１２１からＲＦ電力を受信するように接続される。具体的には、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１は、電気接続１２７Ａ及び１２７Ｂによって示されるように、基準地電位１２５とＴＣＰ整合回路１２３との間に電気的に接続される。ＴＣＰ整合回路１２３は、電気接続１２７Ｂ及び１２７Ｃによって示されるように、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１とＴＣＰコイル１０９との間に電気的に接続される。ＴＣＰ整合回路１２３は、ＴＣＰコイル１０９への効率的なＲＦ電力伝送を提供するために、ＴＣＰコイル１０９に到るＲＦ電力伝送経路のインピーダンスを制御するように定められる。

プラズマ処理動作時には、チャンバ１０１にプロセスガスが流し込まれ、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１からＴＣＰコイル１０９にＲＦ電力が供給される。ＴＣＰコイル１０９を流れるＲＦ電力は、チャンバ１０１内に電磁電流を誘導し、該電流は、プロセスガスに作用してプラズマ１２９を発生させる。このようにして、ＴＣＰコイル１０９は、変圧器の一次コイルとして振る舞い、プラズマ１２９は、変圧器の二次コイルとして振る舞う。プラズマ１２９は、ラジカル及びイオン（陽と陰）などの反応性成分を含み、これらは、基板１０５との接触の際に基板１０５から材料を除去する、即ちエッチングする働きをする。

チャンバ１０１は、製造施設内に設置されるときは、チャンバ１０１へのプロセスガスの供給、チャンバ１０１からのプロセスガス及び副生成物の排出、チャンバ１０１内の圧力の監視及び制御、チャンバ１０１内の温度の監視及び制御、並びに環境粒子の制御を提供するシステムに接続されることが理解されるべきである。また、チャンバ１０１は、チャンバ１０１への基板１０５のロボット移送及びチャンバ１０１からの基板１０５のロボット取り出しを提供するように定められた移送チャンバにも接続可能であることが理解されるべきである。

動作中は、基板１０５上に存在する直流（ＤＣ）バイアス電圧を生成及び制御するために、バイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１からバイアス電極１０４にＲＦ電力が伝送され、これは、ひいては、基板１０５の上方に生成されるプラズマ１２９内に存在するイオン集団に作用する力を制御する。バイアス電極１０４に伝送されるＲＦ電力は、バイアス電極１０４に印加されるＲＦバイアス電圧に相当する。基板１０５上に蓄積するＤＣバイアス電圧及びバイアス電極１０４に印加されるＲＦバイアス電圧は、ともに、バイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１からバイアス電極１０４にＲＦ電力を印加する結果として同時に発生する。したがって、バイアスＲＦ電源内のＩＥＡＤＦ制御回路１１５は、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧及びバイアス電極１０４にかかるＲＦバイアス電圧の両方に影響を及ぼす。

ＤＣバイアス電圧は、基板１０５上の特定の地点における平均イオンエネルギの表れである。ＤＣバイアス電圧は、基板１０５の充電が起きるのにともなって、基板１０５上に蓄積する。ＩＥＤＡＦ制御回路１１５は、パルスバイアスＲＦ電力供給モードでは、ＤＣバイアス電圧が発達する速度を制御する。連続波（ＣＷ）バイアスＲＦ電源モードでは、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧は、定常状態に到達することを許される。したがって、ＣＷバイアスＲＦ電源モードでは、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧にＩＥＡＤＦ制御回路１１が及ぼす影響は、無関係である。また、プラズマ１２９シースの縁で（バイアス整合回路１１３、及びＥＳＣ１０３内の全容量層を経た後に）見られるＲＦ波は、ＩＥＡＤＦ制御回路１１５によって制御されることが理解されるべきである。また、イオンは、基板１０５に向かって加速し、プラズマ１２９シースの縁でＲＦ波に応答し、それに相応してＩＥＡＤＦに入力される。

各種の実施形態において、ＲＦ電源１１１は、１つのＲＦ発生器又は複数のＲＦ発生器のいずれかを含むように定めることができる。また、ＲＦ電源１１１は、１つ以上の周波数でＲＦ電力を生成するように定めることができる。また、複数のＲＦ発生器の場合、ＲＦ電源１１１は、複数の周波数で同時にＲＦ電力を生成することができる。バイアス整合回路１１３は、バイアス電極１０４への効率的なＲＦ電力伝送を提供するために、バイアス電極に到るＲＦ電力伝送経路のインピーダンスを制御するように定められる。

チャンバ１０１は、プラズマ処理動作時に基板１０５の露出表面に到達するエネルギイオン集団を生成及び制御するために、ＲＦ電源１１１によって様々な周波数で生成されるＲＦバイアス電力を利用する。実施されているエッチング用途に応じて、基板１０５に到達する各種のエネルギのイオン集団の割合及び関連のイオンエネルギ・角度分布関数（ＩＥＡＤＦ）を制御することが、重要だと考えられる。基板１０５におけるＩＥＡＤＦを生成するためには、バイアスＲＦ電源１１１からのパルス発振、即ちバイアスパルス発振を利用することができる。バイアスパルス発振動作は、供給されるバイアスＲＦ電力のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）及びパルスデューティサイクル（ＤＣ）に関係付けられた期間にわたり、様々なエネルギからのイオン集団を基板１０５へ移動させる。しかしながら、基板１０５上において特定のプラズマ処理結果を得るためには、バイアスパルス発振動作時に、基板１０５が曝されるＩＥＡＤＦを制御することも必要である。本開示の様々な実施形態にしたがうと、ＩＥＡＤＦ回路１１５は、基板１０５が曝される低エネルギイオン及び高エネルギイオンの集団を制御するために、バイアスパルス発振動作時にＩＥＡＤＦを制御するように定められて動作される。

上記のように、バイアスＲＦ電力は、バイアスＲＦ電源１１１からバイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ回路１１５を経てバイアス電極１０４に供給される。バイアス電極１０４から、バイアスＲＦ電力は、プラズマ１２９を通って、電気的に接地されたチャンバ１０１の周辺構造へ伝送される。バイアス整合回路１１３内の回路コンポーネントが、プラズマ１２９を通ってバイアスＲＦ電力が効率的に伝送されることを可能にするためのインピーダンス整合を提供する。バイアスＲＦ電源１１１は、連続波バイアスＲＦ電源モード又はパルスバイアスＲＦ電源モードのいずれかで動作されることが可能である。

図２Ａは、本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングの断面を概念的に示している。例示の実装形態では、ＥＳＣ１０３は、プラズマ処理時に基板（不図示）を支持するように構成された上面１３０を有する。また、ＥＳＣ１０３の上面１３０の下方に配置されたバイアス電極１０４も示されている。バイアス電極１０４は、バイアスＲＦ電源１１１からＲＦ電力を受信する。一部の実装形態では、バイアスＲＦ電源１１１は、１３．５６ＭＨｚの周波数で動作されるが、その他の実装形態では、実施されているプラズマプロセスに適したその他の周波数で動作されることが可能である。

ＥＳＣ１０３は、環状棚１３４を画定する環状段差１３２を有する。環状棚１３４の高さは、ＥＳＣ１０３の上面１３０の高さよりも低い。エッジリングアセンブリ２００は、環状段差１３２によって画定された環状棚１３４の上に少なくとも一部が載るように位置決めされる。

例示の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００は、ＲＦ源／発生器２０４から電力を受信する環状電極２０２を含む。一部の実装形態では、環状電極２０２は、エッジリングアセンブリ２００に完全に封入されている／埋設されている。要するに、環状電極２０２の表面が、プラズマ処理中にチャンバ環境に曝されることはない。一部の実装形態では、環状電極２０２は、固体の導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、導電性合金など）で構成される単一の環状構造として画定される。このような実装形態における環状電極２０２は、扁平なリング状の構造を有する。

上述された実装形態の環状電極２０２は、連続した固体の環状構造を有することができるが、その他の実装形態では、環状電極２０２は、幾つかの放射状セグメントからなる周方向に連続していない環状構造、穴が全体に分布された多孔性の構造、網の目状の構造、導電性の撚り糸やリボンなどからなる編み上げ構造、幾つかの相互接続要素（例えば、幾つかの同心状の環状要素とそれらを相互に接続する要素）を画定するグリル（焼き網）状の構造などの、その他のタイプの構造を有していてよいことがわかる。

一部の実装形態では、同心状に配置された複数の環状電極が、エッジリングアセンブリ２００に埋め込まれる。これらの各環状電極は、同じＲＦ源／発生器２０４によって、又は別々のＲＦ源／発生器によって通電することができる。更に、各電極のＲＦ電力は、個別に調整可能であり、異なる電圧／周波数で通電されてよい。

上記のように、一実装形態では、バイアス電極１０４は、１３．５６ＭＨｚの周波数で通電される。環状電極２０２は、バイアス電極１０４と同じ周波数（本例では１３．５６ＭＨｚ）で、又は異なる周波数（例えば、０．４ＭＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚなど）で通電されてよい。また、バイアス電極１０４に印加されるＲＦ電力は、連続波又はパルス状であってよい。バイアス電極１０４に印加されるＲＦ電力が連続波であるときは、環状電極２０２に印加されるＲＦ電力も、連続波であることが望ましい。バイアス電極１０４に印加されるＲＦ電力がパルス状であるときは、環状電極２０２に印加されるＲＦ電力は、パルス状又は連続波であってよい。

引き続き図２Ａを参照すると、ＥＳＣ１０３内に画定されてＥＳＣ１０３に通されたエッジリングＲＦフィード２０６も示されている。エッジリングＲＦフィード２０６は、ＲＦ源２０４に電気的に接続され、ＲＦ源２０４からエッジリングアセンブリ２００に、及び更に具体的にはエッジリングアセンブリ２００内に配置された環状電極２０２に、ＲＦ電力を供給するように構成される。１本のエッジリングＲＦフィード２０６が示されているが、ＥＳＣ１０３内にはこのようなＲＦフィード構造が幾つか位置決めされてよいことがわかる。一部の実装形態では、複数のエッジリングＲＦフィード構造が、ＥＳＣ１０３の周囲に対称的に位置決めされる。エッジリングＲＦフィードは、ＥＳＣ１０３からの電気的分離を提供するように構成された絶縁された同軸コネクタとして定めることができる。

一実装形態では、エッジリングＲＦフィード２０６は、環状電極２０２に接続するために、ＥＳＣ１０３内を通って、及びエッジリングアセンブリ２００内に画定された貫通穴（詳しくは後述される）を通って伸びるように構成される。

一実装形態では、エッジリングＲＦフィード２０６は、環状棚１３４に到り、そこで、環状電極２０２に接続される別のコネクタに接続する。エッジリングＲＦフィード２０６は、幾本かあってよいので、このような対応する接続点もまた、同様に幾つかあってよいことがわかる。エッジリングＲＦフィード２０６は、ＥＳＣ１０３のその他の部分からは遮断されていることが望ましく、したがって、一部の実装形態では、エッジリングＲＦフィード２０６は、絶縁される、及び／又は同軸コネクタ／ケーブルとして定められる。

図２Ｂ−１は、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリ２００の拡大断面図を示している。一部の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００は、上面２１３を有するエッジリング２１０と、該エッジリング２１０の下方に位置決めされる誘導体リング２１１とを含む。誘電体リング２１１の下方には、更に、部分２１２が位置決めされる。環状電極２０２は、エッジリング２１０と誘電体リング２１１との間に位置決めされる。

概して、エッジリング２１０は、内径（２２０を参照）から外径（２２２を参照）に伸びる環状構造を有する。エッジリング２１０の内径は、基板／ウエハ１０５の直径未満であってよい、又は基板／ウエハ１０５の直径よりも大きくてよい。エッジリング２１０の内径には、段差エッジ２３２が画定され、エッジリング２１０の上面２１３から下がる段差を定めている。段差エッジ２３２の下部２３３は、該下部２３３の上に基板１０５が広がるように、ＥＳＣ１０３の上面１３０よりも低い高さに画定される。下部２３３と上面２１３との間の高さの差は、例示の実施形態に示されるように、ポケット深さＤ₁を定める。一部の実装形態では、ポケット深さＤ₁は、約２．５〜３ｍｍの範囲である。一部の実装形態では、ポケット深さＤ₁は、約２．７５ｍｍである。一部の実装形態では、ポケット深さＤ₁は、約０．７〜４．５ｍｍの範囲である。エッジリングアセンブリ２００の各部分は、各種の実施形態において、石英やＳｉＣなどの材料で構成可能であることがわかる。

環状電極２０２は、エッジリング２１０の環状構造内に埋め込まれる。環状電極２０２の寸法は、実装形態によって異なっていてよいことがわかる。例示の実施形態にあるように、一部の実装形態では、環状電極２０２は、約５〜２８ミリメートル（ｍｍ）の半径方向幅（Ｗ₁）（電極の内径から電極の外径までの半径方向距離）を有する。一部の実装形態では、環状電極２０２は、約１０〜２０ｍｍの半径方向幅（Ｗ₁）を有する。一部の実装形態では、環状電極２０２は、約１０〜１５ｍｍの半径方向幅（Ｗ₁）を有する。各種の実装形態において、環状電極２０２の内径２２６は、エッジリング２１０の内径２２０以上であってよい。各種の実装形態において、環状電極２０２の外径２２８は、エッジリング２１０の外径２２２以下であってよい。したがって、環状電極２０２の半径方向幅Ｗ₁は、エッジリング２１０の半径方向幅Ｗ₂以下であってよい。

一部の実装形態では、環状電極２０２は、少なくとも約１０〜１５ｍｍの最小半径方向幅（Ｗ₁）を有するものとして画定される。最小半径方向幅は、所望レベルの広がりを持つプラズマシースをエッジリング２１０の上に提供するように定められてよい。

一部の実装形態では、環状電極２０２は、約０．５〜１０ｍｍの厚さを有する。一部の実装形態では、環状電極２０２は、約０．７５〜５ｍｍの厚さを有する。一部の実装形態では、環状電極２０２は、約２〜３ｍｍの厚さを有する。例示の実装形態では、環状電極２０２は、エッジリングの内径（２２０を参照）に等しい最小内径と、エッジリングの外径（２２２を参照）に等しい最大外径とを有していてよい。

更に、各種の実装形態において、環状電極２０２の上面の高さは、ＥＳＣ１０３の上面１３０の高さにあってよい、又はＥＳＣ１０３の上面１３０の高さよりも上方であってよい、又はＥＳＣ１０３の上面１３０の高さよりも下方であってよい。一部の実装形態では、環状電極２０２の上面の高さは、ＥＳＣ１０３の上面１３０の高さよりも０〜５ｍｍ上方又は下方であるように構成される。その他の実装形態では、環状電極２０２の上面の高さは、（ＥＳＣ１０３の上面１３０上に載っているときは）基板の上面を基準にしてもよく、この環状電極２０２の上面の高さは、基板１０５の上面の高さであるように、基板１０５の上面の高さよりも上方であるように、又は基板１０５の上面の高さよりも下方であるように構成されてよい。一部の実装形態では、環状電極２０２の上面の高さは、エッジリング２１０の上面２１３の下方において深さＤ₂のところにある。一部の実装形態では、電極深さＤ₂は、約３〜６ｍｍの範囲である。一部の実装形態では、電極深さＤ₂は、約４〜５ｍｍの範囲である。一部の実装形態では、電極深さＤ₂は、４．５ｍｍである。

環状電極２０２の一部は、エッジリング２１０の段差エッジ２３２の下方に配することができる。したがって、環状電極２０２の一部は、基板１０５の一部の下方に配置されてもよい。このような実装形態では、環状電極２０２の内径（２２６を参照）は、基板１０５の直径（２４４を参照）未満であり、したがって、環状電極２０２と基板１０５との間には、半径方向の重複（ＲＯＬ）が存在する。一部の実装形態では、環状電極２０２と基板１０５との間のＲＯＬは、０〜３ｍｍの範囲である。その他の実装形態では、ＲＯＬの最小値が、約０〜３ｍｍの範囲であるように定められる。

関連する寸法は、環状電極２０２が基板直径（２２４を参照）を半径方向に超える寸法（ＲＥ）である。一部の実装形態では、ＲＥは、５〜２５ｍｍの範囲である。その他の実装形態では、ＲＥは、約５〜１０ｍｍの範囲に最小値を有するものとして定められる。

一部の実装形態では、環状電極２０２は、誘電体リング２１１の下面２１６に沿って配置された接点２０８を終端とするコネクタ２０９に接続される。誘電体リング２１１の下面２１６は、チャンバ１０１内においてＥＳＣ１０３の環状棚１３４の上に位置決めされるように構成されることがわかる。コネクタ２０９は、環状電極２０２から下面２１６における接点２０８に向かって伸びるように構成することができる。接点２０８は、ＥＳＣ１０３の環状棚１３４に沿って位置決めされた、エッジリングＲＦフィード２０６の終端となる対応する接点２０７と結合する。コネクタ２０９及びエッジリングＲＦフィード２０６は、ともに、絶縁された同軸コネクタとして定めることができる。接点２０７及び２０８も、同様に、その内部導体と、対応するそれぞれのコネクタ２０６及び２０９の環状シールド導体との結合を提供する同軸接点として定めることができる。これらの接点は、銅、アルミニウム、銀、金などの、ＲＦ電力に対する伝導性が高い任意の材料で作成することができる。接点は、接点間における適切な表面対表面の接触を保証するために外向きの圧力を提供するように定められてよい。例えば、別の接点に接合されていないときは、接点は、表面（例えば環状棚１３４又は下面２１６）から突き出していてよい。

図２Ｂ−２は、本開示の実装形態に従う、ＥＳＣ及びエッジリングアセンブリの切断図を示している。例示の実装形態では、エッジリングＲＦフィード２０６は、ＥＳＣ１０３内を通るように配置されたコネクタであり、ＥＳＣ１０３の環状棚１３４を通って伸びている。エッジリングＲＦフィード２０６は、更に、環状電極２０２に接続するために、誘電体リング２１１内に画定された貫通穴２３６を通って伸びている。

図２Ｃは、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリ及びＥＳＣの断面を示している。例示の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００は、エッジリング２１０と、誘電体リング２１１とを含む。エッジリング２１０と誘電体リング２１１との間に位置決めされるのは、エッジリングアセンブリ２００の半径方向幅全体に広がる環状電極２０２である。

図２Ｄは、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリ及びＥＳＣの断面を示している。例示の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００は、エッジリング２１０と、誘電体リング２１１とを含む。エッジリング２１０と誘電体リング２１１との間に位置決めされるのは、エッジリング２１０の内径から伸びているがエッジリングアセンブリ２００の半径方向幅全体よりも小さい半径方向幅を有する環状電極２０２である。

図２Ｅは、本開示の実装形態に従う、複数の同心電極が埋め込まれたエッジリングアセンブリの断面を示している。例示の実装形態では、複数の同心環状電極２４０、２４２、及び２４４が、エッジリングアセンブリ２００内に画定されている。同心環状電極２４０、２４２、及び２４４は、誘電体領域２４１及び２４３によって隔離される。同心環状電極２４０は、コネクタ２４６を通じて接点２４７に接続され、同心環状電極２４２は、コネクタ２４８を通じて接点２４９に接続され、同心環状電極２４４は、コネクタ２５０を通じて接点２５１に接続される。

ＲＦ源２６２が、接点２４７と結合する接点２６０を終端とするＲＦフィード２６１を通じて同心環状電極２４０にＲＦ電力を供給する。ＲＦ源２６５が、接点２４９と結合する接点２６３を終端とするＲＦフィード２６４を通じて同心環状電極２４２にＲＦ電力を供給する。ＲＦ源２６８が、接点２５１と結合する接点２６６を終端とするＲＦフィード２６７を通じて同心環状電極２４４にＲＦ電力を供給する。各同心環状電極２４０、２４２、及び２４４に供給されるＲＦ電力は、基板１０５のエッジ領域において所望のプラズマシース特性及びエッチング特性を実現するために個別に調整可能であることがわかる。

図３Ａは、本開示の実装形態に従う、プラズマ処理動作時に生成されるプラズマシースを概念的に示している。概して、ＥＳＣ１０３に印加されるバイアス電圧ゆえに、基板１０５の上面は、負に帯電される。したがって、陽イオンの密度が増した層を形成しているプラズマシース３００が、基板１０５の上面を実質的に覆うように生成される。しかしながら、エッジリングアセンブリ２００の露出表面が、正に帯電されるだろうゆえに、プラズマシース３００は、基板１０５のエッジを大幅に超えて広がることはない。基板のエッジにおけるこのプラズマシースの不連続性は、基板１０５のエッジにおける上面に沿った反応性イオンの軌道及び密度を、プラズマシースが連続していて尚且つ一貫性を持って形成される中央寄りに位置する領域における軌道及び密度と著しく異ならせる。

図３Ｂは、本開示の実装形態に従う、プラズマ処理動作時に生成されるプラズマシースを概念的に示している。例示の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００は、ＲＦ電力が印加される環状電極２０２を含む。これは、エッジリングアセンブリ２００の露出上面に負の電荷を帯びさせ、これは、プラズマシース３０２を半径方向に外向きに広がらせ、エッジリングアセンブリ２００を実質的に覆う領域内に形成させる。半径方向へのプラズマシース３０２の広がりは、イオン集束を低減するとともに、基板１０５の上面に垂直な方向からのイオン軌道の傾斜を減少させる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、及び図４Ｅは、本開示の実装形態に従う、プラズマ処理を経ている基板のエッジ領域の断面図を示している。図４Ａ〜４Ｅは、ＲＦ電力を様々な電圧で環状電極２０２に印加した結果として得られる電圧勾配及びイオン軌道（イオン束線が示されている）を示している。図４Ａ〜４Ｅの各図では、１０ｍＴの圧力、９００Ｗ（ワット）の誘導コイル電力、２００ｓｃｃｍ（立方センチメートル毎秒）のアルゴン（Ａｒ）ガス流、及び周波数１０ＭＨｚでバイアス電極１０４に印加される２００Ｖ（ボルト）のＲＦバイアス電圧によって、プラズマが生成される。環状電極２０２には、２ＭＨｚの周波数でＲＦ電圧が印加される。

図４Ａ及び図４Ｂは、環状電極２０２に０Ｖ（電圧なし）及び１００Ｖが印加されたときの結果をそれぞれ示している。これらの両筋書きでは、基板１０５のエッジ領域におけるイオン集束が著しいうえに、エッジ領域におけるイオン軌道が基板１０５の上面に垂直な方向に対して大きく傾斜している（ウエハのエッジに向かって半径方向内向きに傾斜している）。図４Ｃに示されるように、環状電極２０２に３００Ｖが印加されたときは、イオン集束が低減され、半径方向内向きへのイオン軌道の傾斜も減少する。図４Ｄに示されるように、環状電極２０２に５００Ｖが印加されたときは、イオン集束及びイオン軌道の傾斜が、よりいっそう減少する。図４Ｅに示されるように、環状電極２０２に７００Ｖが印加されたときは、エッジ領域におけるイオン軌道が、その傾斜を逆転させはじめる、即ち、基板のエッジ領域から離れるように半径方向外向きに傾斜しはじめる。また、イオン集束は完全に排除され、実際は、基板のエッジ領域においてイオン拡散が観察される。

図５Ａは、図４Ａ〜４Ｅの実装形態に従う、基板の上面に沿った半径方向位置に対してＡｒイオン束をプロットしたグラフである。上記のように、様々な電圧が環状電極２０２に印加され、対応するＡｒイオン束のグラフが示された。図に示されるように、１００Ｖ、３００Ｖ、５００Ｖ、又は７００Ｖの電圧が印可されたときの、０から約１４センチメートルまでの半径方向位置におけるＡｒイオン束は、ほぼ同じである。

図５Ｂは、図４Ａ〜４Ｅの実装形態に従う、基板に沿って約１３〜１５センチメートルの範囲（直径が３００ｍｍの基板のエッジの近く）の半径方向位置に対してＡｒイオン束をプロットしたグラフである。図に示されるように、０Ｖ（５００を参照）、１００Ｖ（５０２を参照）、及び３００Ｖ（５０４を参照）の電圧が印加されたときは、Ａｒイオン束は、半径方向位置が基板の最端エッジに近づく（１５ｃｍに近づく）につれて増加する。しかしながら、５００Ｖ（５０６を参照）及び７００Ｖ（５０８を参照）の電圧が印加されたときは、Ａｒイオン束は、半径方向位置が基板の最端エッジに近づく（１５ｃｍに近づく）につれて減少する。

図６は、本開示の実装形態に従う、環状電極に印可される電圧が様々な場合における正規化エッチング速度を３００ｍｍウエハに沿った半径方向位置に対してプロットしたグラフである。圧力が４０ｍＴであり、（ＴＣＣＴ比１．３における）誘導コイル（ＴＣＰ）電力が９００Ｗ（ワット）であり、ＨＢｒガス流が４５０ｓｃｃｍ（立方センチメートル毎秒）であり、Ｏ₂が４ｓｃｃｍであり、Ｈｅが５０ｓｃｃｍであり、ＥＳＣ温度が摂氏６０度であり、バイアス電極１０４に周波数１３．５６ＭＨｚで４５０Ｖ（ボルト）のＲＦバイアス電圧が印可され、環状電極２０２に周波数２ＭＨｚでＲＦ電圧が印可される条件下において、（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されている）Ｋｉｙｏ ＥＸ／ＦＸチャンバ内において、ブランケットウエハに対してプラズマ処理が実施された。

曲線６００は、環状電極に０Ｖが印加されたときのエッチング速度を示している。図に示されるように、エッチング速度は、約１３５ｍｍの半径方向位置を超えたエッジ領域において劇的に上昇する。曲線６０２は、環状電極に４００Ｖが印加されたときのエッチング速度を示している。図に示されるように、エッチング速度は、依然、エッジ領域において大幅な上昇を示す。曲線６０４は、５６０Ｖが環状電極に印加されたときのエッチング速度を示している。図に示されるように、エッチング速度は、エッジ領域において極めて一貫している。曲線６０６は、環状電極に７００Ｖが印加されたときのエッチング速度を示している。図に示されるように、エッチング速度は、今度はエッジ領域において減少する。これらの実験結果は、例えばウエハ全体の均一性を助長するなどのように所望のエッチング速度プロフィールを実現するために、環状電極に印加される電圧がどのように調整可能であるかを示している。

図７は、本開示の実装形態に従う、エッジリング及び台座／ＥＳＣを示している。例示の実装形態では、エッジリングアセンブリ２００の底側が、電極接点２０８を含むものとして示され、該電極接点２０８は、ＥＳＣ１０３内に画定されたエッジリングＲＦフィード２０６を通じて伝送されるＲＦ電力を受信するように構成される。電極接点２０８は、上述のように、エッジリングアセンブリ２００内に画定された環状電極にＲＦ電力を伝送する。ＥＳＣ１０３内のエッジリングＲＦフィード２０６は、例えば、周囲を取り囲む絶縁シースによって、及び同軸構成を通じて、ＥＳＣ１０３から電気的に分離されることがわかる。エッジリングＲＦフィード２０６は、エッジリングアセンブリ２００の電極接点２０８と結合するように構成された電極接点２０７を画定するために、環状棚の表面１３４まで伸びて該表面１３４において終結する。エッジリングＲＦフィード２０６は、ＲＦ源２０４からＲＦ電力を受信する。

例示の実装形態では、４つの電極接点２０８がエッジリングアセンブリ２００において対称的に分布され、対応する４つのフィード接点が環状棚の表面１３４において対称的に分布される。しかしながら、その他の実装形態では、接点が４つよりも少なくてよい、又は多くてよい。接点の具体的なサイズ及び形状は、可変であってよい。

更にその他の実装形態では、エッジリングＲＦフィードは、ＥＳＣから離れるように側方に（半径方向に）伸びるように画定されて、チャンバの側壁を通って伸びていてよい。

図８は、本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングの断面を概念的に示している。例示の実装形態では、ＥＳＣ１０３は、プラズマ処理時に基板（不図示）を支持するように構成された上面１３０を有する。図には、ＥＳＣ１０３の上面１３０の下方に配置されたバイアス電極１０４も示されている。バイアス電極１０４は、バイアスＲＦ電源１１１からＲＦ電力を受信する。本実装形態では、ＥＳＣ環状電極８００に適応するために、ＥＳＣ１０３の少なくとも上部が側方に／半径方向に延長されている。ＥＳＣ環状電極８００は、バイアス電極１０４を取り囲むために、バイアス電極１０４の半径よりも大きい半径方向距離に画定される。ＥＳＣ環状電極８００は、ＲＦフィード８０４を通じてＲＦ源８０２からＲＦ電力を受信する。環状電極８００に供給されるＲＦ電力の特性は、ウエハのエッジ領域において所望のエッチング特性を提供するように調整可能である（例えば、ＲＦ電力特性には、電圧、周波数、バイアス電圧に相対的な位相、連続波／パルス状などがある）。

図９は、本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバ内に配置されるように構成された静電チャック（ＥＳＣ）及びエッジリングの断面を概念的に示している。例示の実装形態では、（図２Ａを参照にして論じられた）エッジリング環状電極２０２及び（図８を参照にして論じられた）ＥＳＣ環状電極８００の両方が、システムに含められる。ＥＳＣ環状電極８００及びエッジリング環状電極２０２は、ＲＦフィード８０４及び２０６を通じてＲＦ源９００からＲＦ電力をそれぞれ受信する。別の実装形態では、ＥＳＣ環状電極８００及びエッジリング環状電極２０２は、独立に調整可能である別々のＲＦ電源によってそれぞれ通電される。ＥＳＣ環状電極８００及びエッジリング環状電極２０２に供給されるＲＦ電力の特性は、ウエハのエッジ領域において所望のエッチング特性を提供するように調整可能である（例えば、ＲＦ電力特性には、電圧、周波数、バイアス電圧に相対的な位相、連続波／パルス状などがある）。

図１０は、本開示の実装形態に従う、ＥＳＣに印加される電力と環状電極に印加される電力との間における位相差が様々な場合における影響を示している。例示の断面図は、記された様々な位相角差におけるイオン束を示している。プロセスパラメータは、圧力が１０ｍＴであり、ＴＣＰが９００Ｗであり、Ａｒが２００ｓｃｃｍであり、ＥＳＣ主電極に印可されるのが１０ＭＨｚで２００Ｖであり、環状電極に印可されるのが１０ＭＨｚで３００Ｗである。図からわかるように、位相角の変化は、電位のトポグラフィに影響を及ぼし、その結果として、イオン束の分布及び角度に影響を及ぼす。したがって、ＥＳＣに印加されるＲＦ電力と、環状電極に印加されるＲＦ電力との間の位相差は、調整可能な別のパラメータを表わすことができる。

図１１Ａは、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの切断図を示している。エッジリング２１０と誘電体リング２１１との間に挟まれるのは、環状電極２０２である。環状電極２０２は、更に、環状電極２０２に供給されるＲＦ電力が通る半径方向延長部１１００を含む。

図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本開示の実装形態に従う、プラズマプロセスチャンバの下方ボウルの内部図を示している。半径方向延長部１１００（図では隠れている）は、アーク放電１１０２を防ぐ絶縁体ケース１１０２によって覆われている。同軸ＲＦフィード１１０４が、チャンバの側壁１１０８に画定された貫通穴１１０６を介して配置される。同軸ＲＦフィード１１０４は、環状電極２０２の半径方向延長部１１００に接続し、ＲＦ電源からＲＦ電力を供給する。１つの半径方向延長部が示されているが、環状電極のための接点を画定する半径方向延長部が幾つかあってよいこと、及び更にこのような半径方向延長部は環状電極の周囲に対称的に分布されてよいことがわかる。例えば、一実装形態では、環状電極２０２は、環状電極２０２の周囲に対称的に分布される４つの半径方向延長部を含み、各延長部は、対応する同軸ＲＦフィードに接続している。別の実装形態では、環状電極のための同軸ＲＦフィードは、チャンバの側方を通ってではなくチャンバの下からの経路で導かれてよい。

図１２Ａは、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの断面を示している。エッジリングアセンブリは、図に示されるように、石英上部リングと、石英下部リングとを含む。石英上部リングの上面の高さは、図１３を参照にして後述されるように、基板のエッジにおけるエッチング速度に影響を及ぼすように可変である。

図１２Ｂは、本開示の実装形態に従う、エッジリングアセンブリの断面を示している。エッジリングアセンブリは、図に示されるように、電極を中に配置された石英上部リングと、石英下部リングとを含む。石英上部リングの上面の高さは、図１３を参照にして後述されるように、基板のエッジにおけるエッチング速度に影響を及ぼすように可変である。

図１３は、本開示の実装形態に従う、ＨＢｒプラズマプロセスにおけるエッチング速度プロフィールを示している。例示されたグラフにおいて、曲線１３００は、２．７４ｍｍ（０．１０８インチ）のポケット深さを有する標準的な全石英製のエッジリングの場合における正規化エッチング速度を示している。曲線１３０２は、４．０１ｍｍ（０．１５８インチ）のポケット深さを有する標準的な全石英製のエッジリングの場合における正規化エッチング速度を示している。グラフからわかるように、ポケット深さの増加は、基板のエッジ領域におけるエッチング速度を減少させる効果がある。曲線１３０４は、通電されていない（０Ｖの）電極が石英上部リングに含められているエッジリングアセンブリにおける正規化エッチング速度を示している。曲線１３０６は、２５０Ｗに通電された電極が石英上部リングに含められているエッジリングアセンブリの場合における正規化エッチング速度を示している。図に示されるように、電極の通電は、通電されていない場合の結果と比べてエッジ領域のエッチング速度を減少させる。

図１４は、上述されたシステムを制御するための制御モジュール１４００を示している。例えば、制御モジュール１４００は、プロセッサ、メモリ、及び１つ以上のインターフェースを含んでいてよい。制御モジュール１４００は、システム内のデバイスを一部には検知値に基づいて制御するために用いられてよい。例えば、制御モジュール１４００は、検知値及びその他の制御パラメータに基づいて、弁１４０２、フィルタヒータ１４０４、ポンプ１４０６、及びその他のデバイス１４０８の１つ以上を制御することができる。制御モジュール１４００は、例として圧力計１４１０、流量計１４１２、温度センサ１４１４、及び／又はその他のセンサ１４１６が挙げられるところからの検知値を受信する。制御モジュール１４００は、前駆体供給時及びプラズマ処理時におけるプロセス条件を制御するために用いられてもよい。制御モジュール１４００は、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含む。

制御モジュール１４００は、前駆体供給システム及びプラズマ処理装置の活動を制御してよい。制御モジュール１４００は、特定のプロセスの、プロセスタイミング、供給システム温度、フィルタ間の圧力差、弁の位置、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハＥＳＣ又は台座の位置、及びその他のパラメータを制御するための命令一式を含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール１４００は、また、圧力差を監視して、１本以上の経路から１本以上のその他の経路へ蒸気前駆体の供給を自動的に切り替えてもよい。実施形態によっては、制御モジュール１４００に関係付けられたメモリデバイスに記憶されたその他のコンピュータプログラムが用いられてもよい。

通常は、制御モジュール１４００にユーザインターフェースが関連付けられている。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ１４１８（例えば、ディスプレイ画面、並びに／又は装置及び／若しくはプロセス条件のグラフィックソフトウェアディスプレイ）や、ポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイス１０２０が挙げられる。

前駆体供給、プラズマ処理、及びプロセス手順におけるその他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどの、従来の任意のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語で記述することができる。プログラムに指定されたタスクを実施するために、コンパイル済みのオブジェクトコード又はスクリプトが、プロセッサによって実行される。

制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベルや低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、並びにチャンバ壁温度などの、プロセス条件に関する。

システムソフトウェアは、様々に設計又は構成されてよい。例えば、本発明の蒸着プロセスを実施するために必要とされるチャンバコンポーネントの動作を制御するために、様々なチャンバコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。これを目的としたプログラム又はプログラム部分の例として、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、及びプラズマ制御コードが挙げられる。

基板位置決めプログラムは、基板を台座又はＥＳＣに載せるために使用される、並びに基板とガス入口及び／又は標的などのチャンバのその他の部品との間の間隔を制御するために使用される、チャンバコンポーネントを制御するための、プログラムコードを含んでいてよい。プロセスガス制御プログラムは、ガスの組成及び流量を制御するための、並びに随意としてチャンバ内の圧力を安定化させるために蒸着前にチャンバにガスを流し込むための、コードを含んでいてよい。フィルタモニタリングプログラムは、（１つ以上の）測定された差を（１つ以上の）所定の値と比較するためのコード、及び／又は経路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、チャンバの排気システムにおける例えば絞り弁を調節することによってチャンバ内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。ヒータ制御プログラムは、前駆体供給システム内のコンポーネント、基板、及び／又はシステムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、ヘリウムなどの伝熱ガスの、ウエハＥＳＣへの供給を制御してよい。

処理の際に監視可能なセンサの非限定的な例として、質量流量制御モジュール、圧力計１４１０などの圧力センサ、供給システム内に位置付けられる熱電対、台座、又はＥＳＣ（例えば温度センサ１４１４）が挙げられる。適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムが、所望のプロセス条件を維持するために、これらのセンサからのデータと併せて使用されてよい。以上は、単独チャンバ又は複数チャンバを含む半導体処理ツールにおける本開示の実施形態の実装形態を説明している。

実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものであり、発明の全てであること又は本開示を制限することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、総じて、その特定の実施形態に制限されず、たとえ具体的に図示又は説明されていなくても、該当するところでは、代替可能であり、選択された実施形態に使用可能である。同様に、様々に可変であってもよい。このようなヴァリエーションは、本開示からの逸脱とは見なされず、このような変更形態も、全て、本開示の範囲内に含まれることを意図される。

以上の実施形態は、理解を明瞭にする目的で幾らか詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で、特定の変更及び修正が加えられてよいことが明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、本明細書で与えられる詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で変更されてよい。

Claims (20)

1. プラズマ処理チャンバのためのエッジリングアセンブリであって、
   第１のＲＦ電源に電気的に接続されるように構成されている静電チャック（ＥＳＣ）を取り囲むように構成されているエッジリングと、前記ＥＳＣは、基板を支持するための上面と、前記上面を取り囲む環状段差とを有し、前記環状段差は、前記上面よりも低い環状棚を画定し、
   前記エッジリングの下方且つ前記環状棚の上方に配置されている環状電極と、
   前記環状電極を前記ＥＳＣから隔離するために前記環状電極の下方に配置され、前記環状棚の上に位置決めされている誘電体リングと、
   前記ＥＳＣを通るように及び前記誘電体リングを通るように配置されている複数の絶縁コネクタであって、第２のＲＦ電源と前記環状電極との間の電気的な接続をそれぞれ提供する複数の絶縁コネクタと、
   を備え、前記環状電極の第１の部分は、前記ＥＳＣの前記上面上にあるときの前記基板の下方に配置され、前記環状電極の第２の部分は、前記基板の直径を超えて半径方向に広がる、エッジリングアセンブリ。
2. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記複数の絶縁コネクタのそれぞれは、同軸コネクタとして定められる、エッジリングアセンブリ。
3. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記複数の絶縁コネクタは、前記第２のＲＦ電源を前記第１のＲＦ電源から隔離するように構成されている、エッジリングアセンブリ。
4. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記エッジリングは上面を有し、前記エッジリングの前記上面は前記エッジリングの内径に画定されている段差エッジを有し、前記段差エッジの下部は前記基板が存在するときに前記基板が前記段差エッジの前記下部の上に延伸するように、前記ＥＳＣの前記上面よりも低い高さに位置するように構成されている、エッジリングアセンブリ。
5. 請求項４に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記環状電極の少なくとも一部は、前記エッジリングの前記段差エッジの下方に配置されている、エッジリングアセンブリ。
6. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
   プラズマ処理時における前記環状電極へのＲＦ電力の印加は、前記プラズマ処理時に形成されるプラズマシースを、前記エッジリングを実質的に覆うように画定されている空間領域内へ放射状に広がらせる、エッジリングアセンブリ。
7. 請求項６に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記プラズマ処理時における前記環状電極への前記ＲＦ電力の印加は、前記基板のエッジ領域におけるイオン集束を低減する、エッジリングアセンブリ。
8. 請求項７に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記プラズマ処理時における前記環状電極への前記ＲＦ電力の印加は、前記基板の前記エッジ領域における、前記基板の上面に垂直な方向からのイオン軌道の傾斜を減少させる、エッジリングアセンブリ。
9. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
   前記環状電極は、約５〜２８ミリメートルの半径方向幅を有する、エッジリングアセンブリ。
10. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
    前記環状電極は、約０．５〜５ミリメートルの厚さを有する、エッジリングアセンブリ。
11. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
    前記環状電極は、複数の同心電極として定められ、前記複数の同心電極のぞれぞれは、前記第２のＲＦ電源に電気的に接続されている、エッジリングアセンブリ。
12. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
    前記環状電極は、導電性材料の網の目状構造として定められる、エッジリングアセンブリ。
13. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
    前記環状電極は、前記エッジリングと一体化されている、エッジリングアセンブリ。
14. 請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
    前記環状電極は、前記エッジリングの半径方向幅と少なくとも同じ幅の半径方向幅を有する、エッジリングアセンブリ。
15. プラズマ処理のためのシステムであって、
    プロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバ内に配置されている静電チャック（ＥＳＣ）であって、プラズマ処理時に基板を支持するように構成されている上面を有し、更に、前記上面を取り囲む環状段差を含む、静電チャック（ＥＳＣ）と、前記環状段差は前記上面よりも低い高さに環状棚を画定し、前記環状棚はエッジリングアセンブリに適応するように構成され、前記エッジリングアセンブリは前記ＥＳＣを取り囲むように構成されているエッジリングを含み、前記エッジリングの下方には、環状電極が配置され、前記環状電極の下方且つ前記環状棚の上方には誘電体リングが配置され、
    前記ＥＳＣ内に配置されたバイアス電極であって、前記基板上にバイアス電圧を生成するために、第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受信するように構成されているバイアス電極と、
    前記ＥＳＣを通るように配置され、前記誘電体リングを通るように配置されるように構成されている複数の絶縁コネクタを備え、前記複数の絶縁コネクタのそれぞれは、第２のＲＦ電源と前記環状電極との間の電気的な接続を提供するように構成され、前記環状電極の第１の部分は、前記ＥＳＣの前記上面上にあるときの前記基板の下方に配置され、前記環状電極の第２の部分は、前記基板の直径を超えて半径方向に広がる、システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記複数の絶縁コネクタのそれぞれは、同軸コネクタとして定められる、システム。
17. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記複数の絶縁コネクタは、前記第２のＲＦ電源を前記第１のＲＦ電源から隔離するように構成されている、システム。
18. プラズマ処理のためのシステムであって、
    プロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバ内に配置され、プラズマ処理時に基板を支持するように構成された上面を有し、更に、前記上面を取り囲む環状段差を含む静電チャック（ＥＳＣ）と、前記環状段差は、前記上面よりも低い高さに環状棚を画定し、前記環状棚は、エッジリングアセンブリに適応するように構成され、前記エッジリングアセンブリは、前記ＥＳＣを取り囲むように構成されているエッジリングを含み、前記エッジリングアセンブリは、更に、誘電体リングを含み、
    前記ＥＳＣ内に配置されているバイアス電極であって、前記基板上にバイアス電圧を生成するために、第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受信するように構成されているバイアス電極と、
    前記ＥＳＣ内に配置されている環状電極であって、前記ＥＳＣの前記上面の周縁領域の下方に配置されている環状電極と、
    前記ＥＳＣを通るように配置されている複数の絶縁コネクタであって、第２のＲＦ電源と前記環状電極との間の電気的な接続をそれぞれ提供するように構成されている複数の絶縁コネクタと、
    を備え、
    前記環状電極の第１の部分は、前記ＥＳＣの前記上面上にあるときの前記基板の下方に配置され、前記環状電極の第２の部分は、前記基板の直径を超えて半径方向に広がり、
    前記誘電体リングは、前記環状電極の下方に且つ前記環状棚の上方に配置されている、システム。
19. 請求項１８に記載のシステムであって、
    前記環状電極及び前記複数の絶縁コネクタは、前記第２のＲＦ電源を前記第１のＲＦ電源から隔離するように構成されている、システム。
20. 請求項１８に記載のシステムであって、
    前記第１のＲＦ電源及び前記第２のＲＦ電源は、既定の位相角差でそれぞれのＲＦ電力を提供するように構成されている、システム。

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