JP7465265B2 - 位相制御を使用してプラズマ分布を調整するためのデバイス及び方法 - Google Patents

位相制御を使用してプラズマ分布を調整するためのデバイス及び方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１８年１１月２１日出願の米国仮特許出願第６２／７７０，５４７号の優先権の利益を主張する。
本開示の実施形態は、概して、半導体処理に関し、より詳細には、処理チャンバ内のＲＦ電力の位相を制御することによって、処理チャンバ内のプラズマの分布を調整するための装置及び技法に関する。
化学気相堆積（ＣＶＤ）は、半導体基板などの基板上に膜を堆積させるために用いられる。ＣＶＤは、概して、基板を含む処理チャンバ内にプロセスガスを導入することによって実現される。プロセスガスは、ガス分布アセンブリを通って処理チャンバ内の処理空間へと導かれる。ガス分布アセンブリは、ペデスタル上に位置づけられた基板の反対側の処理空間内に配置される。
処理チャンバに高周波（ＲＦ）電力を印加することによって処理空間内にプラズマを形成するように、プロセスガスにエネルギーを与える（例えば、励起させる）ことができる。これは、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）と呼ばれる。ＲＦ電源は、ペデスタル及びガス分布アセンブリに結合することができる。ＲＦ電源は、ペデスタル及びガス分布アセンブリにＲＦ電力を供給して、ペデスタルとガス分布アセンブリとの間に容量結合プラズマを生成する。しかしながら、寄生プラズマは、ペデスタルの下の処理チャンバのより低い空間で生成される可能性がある。寄生プラズマは、容量結合プラズマの密度及び安定性を低下させ、したがって、ＰＥＣＶＤチャンバの電力効率を低下させる。
したがって、改善されたＰＥＣＶＤチャンバ設計が必要とされている。
一実施形態では、装置が提供される。該装置は、支持面を有する支持ペデスタルを含む。支持ペデスタルには導電性メッシュが配置され、支持面の反対側には面板が配置される。処理空間は、支持ペデスタル及び面板によって少なくとも部分的に画定される。装置は、環状形状をした接地ボウルをさらに含み、該接地ボウルの第１の部分は、処理空間の反対側の支持ペデスタルを取り囲む。環状ライナは、支持ペデスタルと接地ボウルの第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む。位相制御回路は、面板と導電性メッシュとに結合される。
一実施形態では、支持面を有する支持ペデスタルを含む装置が提供される。支持ペデスタルには導電性メッシュが配置され、支持面の反対側には面板が配置される。処理空間は、支持ペデスタル及び面板によって少なくとも部分的に画定される。装置は、環状形状をした接地ボウルをさらに含み、該接地ボウルの第１の部分は、処理空間の反対側の支持ペデスタルを取り囲む。環状ライナは、支持ペデスタルと接地ボウルの第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む。可変変圧器は、導電性メッシュと面板とに結合される。
一実施形態では、支持面を有する支持ペデスタルを含む装置が提供される。支持ペデスタルには導電性メッシュが配置され、支持面の反対側には面板が配置される。処理空間は、支持ペデスタル及び面板によって少なくとも部分的に画定される。装置は、環状形状をした接地ボウルをさらに含み、該接地ボウルの第１の部分は、処理空間の反対側の支持ペデスタルを取り囲む。接地ボウルの第１の部分の径方向外側には、接地ボウルの第２の部分が配置される。接地ボウルの第２の部分には、レッジが形成される。接地ボウルの第１の部分と支持ペデスタルに隣接した接地ボウルの第２の部分との間には、パージ間隙が形成される。レッジ上に配置された環状ライナが、支持ペデスタルと接地ボウルの第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む。位相制御回路は、面板と導電性メッシュとに結合される。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しており、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
一実施形態による処理チャンバの概略的な断面図 図１Ａの処理チャンバの一部の概略的な断面図 一実施形態によるチューナ回路の回路図 一実施形態によるチューナ回路の回路図 一実施形態によるチューナ回路の回路図 一実施形態による電力供給された面板のさまざまな位相差でのアルゴンイオンのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフ 一実施形態による電力供給された面板のさまざまな位相差でのアルゴンラジカルのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフ 一実施形態による受動浮遊面板（passively floated faceplate）のさまざまな位相差でのアルゴンイオン及びアルゴンラジカルのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフ 一実施形態による受動浮遊面板を備えた処理チャンバ内の電圧プロファイルを示すグラフ
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが想定されている。
本明細書に記載される実施形態は、処理チャンバにおける高周波（ＲＦ）位相制御のための装置及び技法に関する。面板電極及び支持ペデスタルによって処理チャンバ内に処理空間が画定される。処理空間の反対側の支持ペデスタルの周りの処理チャンバ内には、接地ボウルが配置される。該接地ボウルは、支持ペデスタルの下の処理空間を実質的に満たす。位相チューナ回路は、支持ペデスタル内に配置されたＲＦメッシュと面板電極とに結合される。チューナ回路は、面板電極の位相とＲＦメッシュの位相との間の位相差を調整する。
寄生プラズマは、ＰＥＣＶＤ処理中に処理チャンバ内に形成され、処理チャンバの処理空間内に形成されたプラズマの安定性を低下させる可能性がある。さらには、寄生プラズマは、プラズマを生成するために用いられるＲＦ電源の電力効率を低下させる。
容量結合プラズマは、面板電極と支持ペデスタル内に配置されたＲＦメッシュとの間の処理空間内に形成される。処理チャンバ内の寄生プラズマを防ぐために、処理空間以外の処理チャンバ内の空間を低減する。接地ボウルは、処理チャンバ内及び支持ペデスタルの周りに配置されて、処理空間以外の処理チャンバ内の空間のサイズを縮小する。一例では、処理空間以外の空間は、支持ペデスタルの下の領域である。別の例では、処理空間以外の空間は、支持ペデスタルに隣接したパージ間隙空間である。別の例では、処理空間以外の空間は、支持ペデスタルの下の領域及び／又は支持ペデスタルに隣接したパージ間隙空間である。
しかしながら、接地ボウルがＲＦメッシュに近接すると、処理空間内のプラズマ均一性が低下する可能性がある。プラズマ均一性の低下を軽減するために、チューナ回路を面板電極及び／又はＲＦメッシュに結合する。チューナ回路は、面板電極とＲＦメッシュとの間のＲＦ電位の位相差を制御して、プラズマ均一性の改善を促進する。
図１Ａは、一実施形態による処理チャンバ１００の概略的な断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの処理チャンバ１００の一部の概略的な断面図である。一実施形態では、処理チャンバ１００は、例えば化学気相堆積プロセスなどのプロセスを介して、基板１７４上に材料を堆積させるために用いられる。他の実施形態では、処理チャンバ１００を使用して、他の堆積プロセスを実行することができる。処理チャンバ１００は、チャンバリッド１６０及びポンピング経路１６１を含む。ポンピング経路１６１は、ポンピングプレート１６３内に形成されたポンピング空間１６２に結合した、処理チャンバ１００内に形成された経路である。支持ペデスタル１０４は、処理チャンバ１００の内部に配置される。支持ペデスタル１０４は、支持面１２８と、該支持面１２８の反対側の裏面１３２とを含む。支持ペデスタル１０４は、処理チャンバ１００内のステム１４０上に位置づけられている。ステム１４０は、支持ペデスタル１０４に結合されて、そこから延びる。
一実施形態では、支持ペデスタル１０４は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料から製造される。面板１０６は、支持面１２８の反対側の処理チャンバ１００の内部に配置されている。支持ペデスタル１０４及び面板１０６は、それらの間の処理空間１１０を少なくとも部分的に画定する。
ＲＦ電源１３０は、ＲＦメッシュ１０８にＲＦ電力を提供し、これは、支持ペデスタル１０４上に配置された基板１７４を処理するためのプラズマの生成を少なくとも部分的に促進する。ＲＦメッシュ１０８は、支持面１２８に隣接した支持ペデスタル１０４内に配置される。ＲＦ電源１３０は、導電性ロッド１４６及びコネクタ１４２を介してＲＦメッシュ１０８に結合される。導電性ロッド１４６はステム１４０を通って延びる。一実施形態では、導電性ロッド１４６は、ステム１４０の主軸と同軸である。導電性ロッド１４６は、金属導電性材料から製造される。例えば、導電性ロッド１４６は、銅合金、ステンレス鋼合金、ニッケル合金、モリブデン合金、又はそれらの組合せから製造することができる。コネクタ１４２は、支持ペデスタル１０４を通って延在し、導電性ロッド１４６とＲＦメッシュ１０８とに結合される。一実施形態では、コネクタ１４２は金属導電性材料から製造される。あるいは、導電性ロッド１４６は、支持ペデスタル１０４を通って延在し、ＲＦメッシュ１０８に結合される。
接地ボウル１０２は、支持ペデスタル１０４の裏面１３２に隣接した処理チャンバ１００の内部に配置されている。接地ボウル１０２は電気的に接地されている。接地ボウル１０２は、環状形状をしており、支持ペデスタル１０４のステム１４０を取り囲んでいる。一実施形態では、接地ボウル１０２は、第１の部分１０３及び第２の部分１０５を含む。一実施形態では、接地ボウル１０２の第１の部分１０３は、例えば糊などの接着剤又は溶接によって、支持ペデスタル１０４の裏面１３２に接着される。第１の部分１０３は、ステンレス鋼材料などの耐プロセス材料から製造される。第２の部分１０５は、第１の部分１０３と同じ材料、又は異なる材料から製造することができる。例えば、接地ボウル１０２の第２の部分１０５は、アルミニウム又はアルミニウム合金材料などのアルミニウム含有材料から製造される。
接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４は、処理チャンバ１００内に移動可能に配置される。接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４は、接地ボウル１０２と支持ペデスタル１０４とに結合された線形アクチュエータなどのアクチュエータ（図示せず）によって、処理チャンバ１００内を移動することができる。処理空間１１０の高さ１２０は、接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４を、面板１０６に向かって又は面板１０６から遠ざかって移動させることによって調整することができる。例えば、接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４が面板１０６に向かって移動すると、処理空間１１０の高さ１２０が減少する。反対に、接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４が面板１０６から遠ざかって移動すると、処理空間１１０の高さ１２０が増加する。
パージ間隙１１４は、少なくとも、接地ボウル１０２の第１の部分１０３と第２の部分１０５との間に形成される。パージ間隙１１４は、接地ボウル１０２を通って第１の部分１０３と第２の部分１０５との間に延びる。したがって、第１の部分１０３及び第２の部分１０５は、少なくとも部分的に、パージ間隙１１４を画定する。パージ間隙１１４は、処理空間１１０と流体連結している。パージガス源（図示せず）は、パージ間隙１１４と流体連結しており、矢印１２６の方向に流れるパージガスを処理チャンバ１００に供給する。すなわち、パージガスは、パージ間隙１１４を通って処理空間１１０の方へと流れる。第１の部分１０３と第２の部分１０５との間のパージ間隙１１４の幅１１８は、約１００ミルから約１５０ミルの間、例えば、約１２０ミルから約１３５ミルの間であり、例えば約１２５ミルである。
レッジ１３４は、接地ボウル１０２の第２の部分１０５に形成される。レッジ（棚）１３４は、支持面１２８に対して実質的に平行であり、パージ間隙１１４の主軸に対して実質的に垂直である。環状ライナ１１５は、処理空間１１０に隣接するパージ間隙１１４の端部において、パージ間隙１１４と接地ボウル１０２の第２の部分１０５との間のレッジ１３４上に配置される。環状ライナ１１５は、パージ間隙１１４に隣接して、該パージ間隙１１４に対して平行に延びる。一実施形態では、環状ライナ１１５は、酸化アルミニウム材料などのセラミック材料から製造される。環状ライナ１１５の厚さ１２４は、約０．２５インチから約２．５インチの間、例えば、約０．４インチから約１．２インチの間であり、例えば約０．５インチである。
ポンプスロット１１２は、環状ライナ１１５を通って、接地ボウル１０２の第２の部分１０５内へと形成される。ポンプスロット１１２は、処理空間１１０及びパージ間隙１１４と流体連結している。排気ポンプ（図示せず）は、ポンプスロット１１２と流体連結しており、プロセスガス及びパージガスを処理空間１１０及びパージ間隙１１４から除去する。
環状ライナ１１５は、第１の部分１１６及び第２の部分１１７を含む。環状ライナ１１５の第１の部分１１６は、接地ボウル１０２の第２の部分１０５のレッジ１３４上に配置される。環状ライナ１１５の第２の部分１１７は、面板１０６と同一平面上にある。ポンプスロット１１２は、環状ライナ１１５の第１の部分１１６と第２の部分１１７との間を通過する。一実施形態では、環状ライナ１１５の第２の部分１１７の幅１３６は、環状ライナ１１５の第１の部分１１６の厚さ１２４より大きい。例えば、環状ライナ１１５の第２の部分１１７は、ポンプスロット１１２から面板１０６まで延在する。したがって、環状ライナ１１５の第２の部分１１７は、ポンプスロット１１２の上に延びる。
一実施形態では、ブロック１４４は、環状ライナ１１５の反対側のパージ間隙１１４の部分に沿って配置される。ブロック１４４は、接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４と接触している。一実施形態では、ブロック１４４は、金属材料から製造される。一実施形態では、ブロック１４４は、接地ボウル１０２と同じ材料から製造される。一実施形態では、ブロック１４４は、接地ボウル１０２の材料とは異なる材料から製造される。例えば、ブロック１４４は、ステンレス鋼含有材料から製造することができる。
処理チャンバ１００のチャンバリッド１６０は、面板１０６がその一部である、ガス分布アセンブリ１６４を含む。プロセスガスの導入を容易にするために、チャンバリッド１６０にガス入口通路１６６が形成される。ガスマニホールド１６５は、１つ以上のガス源１６７からガスの流れを受け取る。ガスの流れは、ガスボックス１６８全体にわたって分配され、バッキング板１６９の複数の孔（図示せず）を通って流れ、さらには、バッキング板１６９及び面板１０６によって画定されたプレナム１７０全体にわたって分配される。次に、ガスの流れは、面板１０６の複数の孔１７１を通って処理空間１１０に流れ込む。ポンプ１７２は、導管１７３によってポンピング経路１６１に接続されて、処理空間１１０内の圧力、並びに処理空間１１０からポンピング経路１６１を通る排気ガス及び副生成物への圧力を制御する。
支持ペデスタル１０４は、加熱素子（図示せず）を含む。支持ペデスタル１０４は、ヒータクランプ１７５に結合されたステム１４０によって処理空間１１０内に移動可能に配置される。ヒータクランプ１７５は冷却ハブ１７６に結合される。冷却ハブ１７６は、支持ペデスタル１０４を上昇した処理位置と下降した位置との間で移動させるリフトシステム１８３に接続される。支持ペデスタル１０４の移動は、処理チャンバ１００に形成されたスリットバルブ１７８を介した処理空間１１０内外への基板１７４の移送を容易にする。支持ペデスタル１０４は、それを通じて配置された孔を有しており、それを通じて、複数のリフトピン１７９が移動可能に配置される。下降位置では、複数のリフトピン１７９は、チャンバ本体の底部１８１に結合されたリフトプレート１８０に接触することによって、支持ペデスタル１０４から突出する。リフトピン１７９の突出は、基板１７４の移送を容易にするために、基板１７４をペデスタルから離間した関係に配置する。
ＲＦ電源１３０は、ＲＦ整合回路１８２を介して、支持ペデスタル１０４内に配置されたＲＦメッシュ１０８に結合される。ＲＦ整合回路１８２は、冷却ハブ１７６及びステム１４０を通して配置された導電性ロッド１４６によってＲＦメッシュ１０８に電気的に結合される。接地経路システム１８４を介して接地することができる面板１０６、及びＲＦメッシュ１０８は、容量性のプラズマ結合の形成を容易にする。ＲＦ電源１３０は、支持ペデスタル１０４にＲＦエネルギーを供給して、支持ペデスタル１０４とガス分布アセンブリ１６４の面板１０６との間の、主プラズマとしても知られる容量結合プラズマの生成を容易にする。ＲＦ電力がＲＦメッシュ１０８に供給されると、面板１０６と支持ペデスタル１０４との間に電界が生成し、それによって、支持ペデスタル１０４と面板１０６との間の処理空間１１０内に存在するガスの原子がイオン化され、電子を放出する。イオン化された原子は支持ペデスタル１０４まで加速され、基板１７４上での膜形成を容易にした。
接地経路システム１８４は、ＲＦエネルギーが面板１０６からＲＦ整合回路１８２へと伝播するための短く対称的な経路を提供して、寄生プラズマの生成を低減し、したがって堆積速度を増加させ、膜の均一性を改善する。接地経路システム１８４は、第１の部分１０３及び第２の部分１０５を備えた接地ボウル１０２を含む。接地ボウル１０２は、熱バリア１９５によって、ステム１４０及び支持ペデスタル１０４に結合される。熱バリア１９５は、約７００℃を超える温度まで加熱されうる支持ペデスタル１０４に対するバリアを提供する。熱バリア１９５は、低い熱伝導率を有する材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、熱バリア１９５は、温度に対するバリアを提供するために、インコネル、石英、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びステンレス鋼含有材料のうちの１つ以上を含む。
接地ボウル１０２はまた、リフトシステム１８３に接続された冷却ハブ１７６にも結合される。リフトシステム１８３は、接地ボウル１０２を上昇した処理位置と下降した位置との間で移動させ、基板１７４の移送を容易にする。接地ボウル１０２は、約７００℃を超える温度に耐えることができる導電性材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、接地ボウル１０２は、インコネル、アルミニウム、及びステンレス鋼含有材料のうちの１つ以上を含む。第２の部分１０５は、第２の部分のキャリア１８５に結合される。第２の部分のキャリア１８５はトラック１８６に結合される。第２の部分のキャリア１８５は、トラック１８６に沿って直線的に移動するように作動されて、第２の部分１０５を接地位置と移送位置との間で移動させる。トラック１８６はまた、レール又はケーブルでありうる。第２の部分のキャリア１８５は、処理空間１１０内の温度及びプロセス環境に耐えることができる導電性材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第２の部分１０５は、インコネル、アルミニウム、及びステンレス鋼含有材料のうちの１つ以上を含む。
接地ボウル１０２の第１の部分１０３は、接地ボウル導体１８７を介して第２の部分１０５に結合される。接地ボウル導体１８７は、支持ペデスタル１０４及び接地ボウル１０２が上昇処理位置にあるときには拡張状態にあり、支持ペデスタル１０４及び接地ボウル１０２が下降位置にあるときには圧縮状態にある。拡張状態にある接地ボウル導体１８７は、ＲＦエネルギーが伝播するための経路を提供する。接地ボウル導体１８７は、処理空間１１０内の温度及びプロセス環境に耐えることができる導電性材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、接地ボウル導体１８７は、ニッケルベースの合金（例えば、ＨＡＹＮＥＳ（登録商標）２３０（登録商標）合金）、インコネル、及びステンレス鋼含有材料のうちの１つ以上を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、接地ボウル導体１８７は、拡張状態において拡張し、圧縮状態において圧縮する複数のベローズ１８８を含む。
第２の部分１０５は、第２の部分の導体１８９を介して処理チャンバ１００の底部１８１に結合される。第２の部分の導体１８９は、第２の部分１０５が接地位置にあるときに拡張状態にあり、第２の部分１０５が移送位置にあるときに圧縮状態にある。拡張状態にある第２の部分の導体１８９は、ＲＦエネルギーが伝播するための経路を提供する。第２の部分の導体１８９は、処理空間１１０内の温度及びプロセス環境に耐えることができる導電性材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、接地ボウル導体１８７は、ニッケルベースの合金（例えば、ＨＡＹＮＥＳ（登録商標）２３０（登録商標）合金）、インコネル、及びステンレス鋼含有材料のうちの１つ以上を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、第２の部分の導体１８９は、拡張状態において拡張し、圧縮状態において圧縮する複数のベローズ１９０を含む。冷却ハブ１７６は、複数のベローズ１９２によって第２の部分のキャリア１８５に結合されて、処理空間１１０内の圧力を維持する。
下降位置にある接地ボウル１０２及び移送位置にある第２の部分１０５は、処理チャンバ１００を通して形成されたスリットバルブ１７８を通じて処理空間１１０の内外への基板１７４の移送を容易にする。
接地位置にある第２の部分１０５は、ポンピングプレート１６３に接触して、ＲＦエネルギーが面板１０６からＲＦ整合回路１８２へと伝播するための一次ＲＦケージ１９３を完成させる。ＲＦエネルギーは、一次ＲＦケージ１９３に沿って、面板１０６からポンピングプレート１６３へ、第２の部分１０５から接地ボウル導体１８７へ、該接地ボウル導体１８７から第１の部分１０３へ、及び該第１の部分から導電性ロッド１４６へと伝播する。ポンピングプレート１６３に接触する接地位置にある第２の部分１０５によって形成された一次ＲＦケージ１９３は、減少した表面積を利用して、より短く、より制御された接地経路を可能にし、それによって、寄生プラズマが支持ペデスタル１０４の下に生成されないようにする。したがって、容量結合プラズマの濃度が増加し、よって容量結合プラズマの密度が増加し、これにより、膜の堆積速度が増加する。さらには、一次ＲＦケージ１９３は、実質的に対称であり、容量結合プラズマの均一性を向上させて、堆積された膜の均一性を改善する。
加えて、接地位置にある第２の部分１０５がポンピングプレート１６３に接触しない場合には、接地位置にある第２の部分１０５は、外側空間１９１内に二次ＲＦケージ１９４を形成する。二次ＲＦケージ１９４はＲＦエネルギーの封じ込めを提供する。外側空間１９１では、ＲＦエネルギーは、二次ＲＦケージ１９４に沿って第２の部分の導体１８９へ、該第２の部分の導体１８９から第２の部分１０５へ、及び該第２の部分１０５から一次ＲＦケージ１９３へと伝播する。
接地ボウル１０２は、支持ペデスタル１０４の下の処理チャンバ１００内の空間を実質的に満たす。すなわち、接地ボウル１０２は、寄生プラズマが形成されうる処理チャンバ１００内の領域を実質的に減少させる。したがって、接地ボウル１０２は、処理チャンバ１００内での寄生プラズマの発生を低減する。
処理チャンバ１００内でさまざまな処理条件を達成するために、処理空間１１０の高さ１２０は、接地ボウル１０２及び支持ペデスタル１０４を面板１０６の方へと、又は面板１０６から遠ざかるように移動させることによって調整される。処理空間１１０の高さ１２０は、ポンプスロット１１２の高さ１２２とは異なっていてもよい。処理空間１１０の高さ１２０が減少すると、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の距離も減少する。面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の距離が減少すると、処理空間１１０内の電界が増加し、これにより、支持ペデスタル１０４の外縁の近くのプラズマ密度が増加する。したがって、距離が減少すると、処理空間１１０内のプラズマ均一性が低下する。
さらには、例えば、プラズマが支持ペデスタル１０４に隣接して形成される場合など、処理空間内に中心が低いプラズマ分布が存在すると、ＲＦ電力の効率が低下する。したがって、処理空間１１０の高さ１２０が減少すると、プラズマの安定性が向上し、処理チャンバ１００内で形成される寄生プラズマの発生が減少する。しかしながら、高さ１２０が減少すると、プラズマ均一性が低下し、ＲＦ電力の効率が低下する。
寄生プラズマ形成の可能性を低減し、処理チャンバ１００内のプラズマ均一性を高めるために、チューナ回路が処理チャンバ内のさまざまな構成要素に結合される。チューナ回路は、以下に図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに関して詳細に論述される。以下に説明されるチューナ回路は、処理チャンバ１００の態様に代えて、又はそれに加えて使用することができる。例えば、本明細書に記載される調整回路の態様は、図１ＡのＲＦ整合回路１８２及びＲＦ電源１３０と組み合わせて、又はそれらに代えて使用することができる。
図２Ａは、一実施形態による面板１０６に電力を供給する位相制御回路２００の回路図である。位相制御回路２００は、第１のジェネレータ２０２、第２のジェネレータ２０８、位相検出器２２０、フィードバックコントローラ２２２、及び位相調整器２２４を含む。第１のジェネレータ２０２は、発振器２０４、及び該発振器２０４に結合された第１のＲＦ電力増幅器２０６を含む。第２のジェネレータ２０８は、第２のＲＦ電力増幅器２１０を含む。発振器２０４は、約４ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間、例えば約８ＭＨｚから約１５ＭＨｚの間、例えば約１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波（ＲＦ）信号を生成する。
第１のＲＦ電力増幅器２０６の周波数は、第２のＲＦ電力増幅器２１０の周波数と実質的に同じである。第１のＲＦ電力増幅器２０６は、第１のＲＦインピーダンス整合回路２１４及び第１の接続２２６を介してＲＦメッシュ１０８に結合される。第２のＲＦ電力増幅器２１０は、第２のインピーダンス整合回路２１２及び第２の接続２２８を介して面板１０６に結合される。第１のＲＦ電力増幅器２０６の出力周波数は、第２のＲＦ電力増幅器２１０の出力周波数と実質的に同じである。
位相検出器２２０の入力は、第１の接続２２６及び第２の接続２２８に結合される。位相検出器２２０は、第１のジェネレータ２０２及び第２のジェネレータ２０８のＲＦ電力の位相を検出する。位相検出器は、検出された位相をフィードバックコントローラ２２２に送信する。一実施形態では、フィードバックコントローラ２２２は、位相比較器（図示せず）を含む。位相比較器は、位相検出器２２０の出力を位相調整器２２４と互換性のある信号に変換する。例えば、位相検出器２２０の出力信号は正弦波でありうる。位相調整器２２４の入力が方形波である場合、位相比較器は、位相検出器２２０の正弦波出力を方形波に変換する。
フィードバックコントローラ２２２の位相比較器はまた、第１のジェネレータ２０２の位相と第２のジェネレータ２０８の位相との間の位相差を決定する。一実施形態では、フィードバックコントローラ２２２もまた、処理空間１１０（図１に示されている）内で生成されるプラズマの均一性を改善するために所望の位相差を決定する。フィードバックコントローラ２２２は、所望の位相差、並びにジェネレータ２０２とジェネレータ２０８との間の位相差を位相調整器２２４に送信する。
位相差が所望の位相差よりも小さい場合、位相調整器２２４は、第２のジェネレータ２０８の位相を増加させる。位相差が所望の位相差よりも大きい場合、位相調整器２２４は、第２のジェネレータ２０８の位相を減少させる。したがって、位相調整器２２４は、第２のＲＦ電力増幅器２１０を変調して、所望の位相差を達成する。一実施形態では、所望の位相差は、約１２５°から約２２５°の間である。面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の所望の位相差は、処理空間１１０内の基板１７４の処理に関与する化学的性質に応じて決まりうる。第２のＲＦ電力増幅器２１０の位相を変調することにより、処理空間１１０内のプラズマの均一性を改善し、パージ間隙１１４及びポンプスロット１１２（図１に示されている）における寄生プラズマの発生を低減する。
一実施形態では、ＲＦ電力増幅器２０６及び２１０の位相は、位相ロックされている。すなわち、第２のＲＦ電力増幅器２１０の位相は、第１のＲＦ電力増幅器２０６の位相に正比例する。位相制御回路２００は、ＲＦ電力増幅器２０６及び２１０の位相ロックを可能にする。
動作中、位相制御回路２００は、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の位相差を連続的に検出し、第２のＲＦ電力増幅器２１０の位相をシフトさせて、所望の位相差を達成する。
図２Ｂは、一実施形態による受動浮遊面板１０６を伴うチューナ回路２３０の回路図である。面板１０６は共通の電気的接地に接続されているが、面板１０６は物理的に地球に接続されていないため、面板１０６は「浮遊」している。チューナ回路２３０は、可変キャパシタ２３４とインダクタ２３２とを並列に含む、面板チューナ２３６を含む。可変キャパシタ２３４及びインダクタ２３２は、面板１０６に結合される。面板チューナ２３６のインピーダンスは、第１のジェネレータ２０２の位相及び電圧に対して、面板１０６の位相及び電圧のシフトを生成する。したがって、面板チューナ２３６は、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の位相差を生成する。
位相検出器２２０は、接続２２６及び２２８に結合される。動作中、位相検出器２２０は、第２の接続２２８を介して面板１０６の位相を、また第１の接続２２６を介してＲＦメッシュ１０８の位相を検出する。位相検出器２２０は、検出された位相をフィードバックコントローラ２２２に送信する。フィードバックコントローラ２２２は、検出された位相間の位相差を決定する。フィードバックコントローラ２２２は、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の所望の位相差を達成するために、面板１０６の位相の変化を決定する。
フィードバックコントローラ２２２は、位相の変化に基づいて所望の位相差を達成する可変キャパシタ２３４の静電容量値を決定する。フィードバックコントローラ２２２は、可変キャパシタ２３４の静電容量を、決定された静電容量値へと調整する。チューナ回路２３０は、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の位相差を継続的に監視し、可変キャパシタ２３４の静電容量を調整して、所望の位相差を達成する。面板チューナ２３６は、面板１０６を地面に対して電気的に浮遊させる。
図２Ｂに示される実施形態では、単一の発電機（例えば、第１のジェネレータ２０２）が用いられている。単一の発電機は、ＲＦメッシュ１０８の周波数と面板１０６の周波数とが実質的に同じになるように、チューナ回路２３０に単一の周波数を提供する。したがって、単一のジェネレータは、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の異なる周波数の発生を減少させる。有利には、チューナ回路２３０を実装するためのコストは、例えば、複数の発電機ではなく単一の発電機が利用されることから、２つの発電機を有するチューナ回路を実装するためのコストよりも少ない。
図２Ｃは、一実施形態によるチューナ回路２４０の回路図である。チューナ回路２４０は、発電機２４８とＲＦ変圧器２４４とを含む。発電機２４８は、ＲＦ電源２４２を含む。Ｒｆ変圧器２４４は、コネクタ２４６を介して処理チャンバ内の接地ボウル１０２（図１に示されている）に結合される。コネクタ２４６は、ＲＦ変圧器２４４の二次巻線２４５上の調整可能なピンに結合される。
ＲＦ変圧器２４４は、ＲＦ電源２４２からのＲＦ電力を２つの電力信号に分割する。第１の電力信号は面板１０６に送信され、第２の電力信号はＲＦメッシュ１０８に送信される。第１の電力信号の位相は、第２の電力信号の位相と反対である（例えば、約１８０°）。したがって、ＲＦ変圧器２４４は、面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間に位相差を作り出す。面板１０６とＲＦメッシュ１０８との間の位相差及び電圧を調整するために、調整可能なピンを、ＲＦ変圧器２４４の二次巻線２４５上で移動させることができる。
有利には、単一の発電機（例えば、発電機２４８）は、チューナ回路２４０に電力を供給する。したがって、面板１０６の周波数とＲＦメッシュ１０８の周波数とは実質的に同じである。さらには、単一の発電機は、２つ以上の発電機を含むチューナ回路に対して、チューナ回路２４０を実装するためのコストを削減する。
図３Ａは、電力供給された面板のさまざまな位相差でのアルゴンイオンのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフである。図３Ａのグラフは、処理空間内に配置された基板１７４（図１に示されている）上のさまざまな半径でのアルゴンイオンのプロファイルを示している。このグラフは、面板とＲＦメッシュとの間の位相差を調整することにより、処理空間全体にわたるプラズマ均一性を改善できることを示している。例えば、面板とＲＦメッシュとの間の位相差が制御されていないベースラインフラックスプロファイルは、処理されている基板１７４の中心での約４．５×１０＾２０から基板１７４の中心から約１４０ｍｍ（０．１４ｍ）での約７．５×１０＾２０の間のアルゴンイオンフラックスを有する。面板とＲＦメッシュとの間の位相差が調整されると、アルゴンイオンフラックスが大幅に改善される。例えば、１３５°の位相差では、アルゴンイオンフラックスは、基板１７４の中心での約５×１０＾２０から基板１７４の中心から約１４０ｍｍでの約５．２５×１０＾２０の間である。
図３Ａに示されるフラックスプロファイルは、約１３．５６ＭＨｚの周波数及び約５ｋＷの電力で図２Ａに関して説明されるチューナ回路を用いて、図１Ａ及び図１Ｂに関して説明される処理チャンバ内で達成される。図３Ａはアルゴンイオンのフラックスプロファイルを示しているが、他の多くの化学物質を使用して、基板１７４を処理するための処理空間内にプラズマを生成することができることが想定されている。
図３Ｂは、電力供給された面板のさまざまな位相差でのアルゴンラジカルのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフである。図３Ｂのグラフは、処理チャンバ内の面板とＲＦメッシュとの間の位相差を制御することにより、処理空間内のアルゴンラジカルの均一性が大幅に向上することを示している。例えば、面板とＲＦメッシュとの間の位相差が制御されていないベースラインフラックスプロファイルは、基板１７４の中心での約１．２４×１０＾２０から基板１７４の中心から約１４０ｍｍでの約１．５２×１０＾２０の間のアルゴンラジカルフラックスを有する。１６５°の位相差では、アルゴンラジカルフラックスは、基板１７４の中心での約１．３７×１０＾２０から基板１７４の中心から約１４０ｍｍでの約１．３５×１０＾２０の間である。したがって、面板とＲＦメッシュとの間の位相差を調整することにより、処理空間内のプラズマの均一性が大幅に向上する。
図３Ｂに示されるフラックスプロファイルは、約１３．５６ＭＨｚの周波数及び約５ｋＷの電力で図２Ａに関して説明されるチューナ回路を用いて、図１Ａ及び図１Ｂに関して説明される処理チャンバ内で達成される。図３Ｂはアルゴンラジカルのフラックスプロファイルを示しているが、他の多くの化学物質を使用して、そこに配置された基板１７４を処理するための処理空間内にプラズマを生成することができることが想定されている。
図４は、受動浮遊面板のさまざまな位相差でのアルゴンイオン及びアルゴンラジカルのプラズマフラックスプロファイルを示すグラフである。図４のグラフは、図２Ｂに示されるチューナ回路２３０などのチューナ回路を介して浮遊した面板を用いた、図１Ａ及び図１Ｂに示される処理チャンバ１００などの処理チャンバ内におけるアルゴンのイオン及びラジカルのフラックスプロファイルを示している。
ベースラインのイオン及びラジカルのフラックスプロファイルは破線で示されている。ベースラインフラックスプロファイルは、図１に示される処理チャンバ１００などの処理チャンバ内でプラズマを生成することによって実現される。実線で示されたフラックスプロファイルは、面板電極に結合されたチューナ回路（例えば、図２Ｂのチューナ回路２３０）を有する処理チャンバ内でプラズマを生成することによって実現される。示されるように、ベースラインのイオン及びラジカルのフラックスプロファイルの範囲（破線で示されている）は、チューナ回路を使用して面板とＲＦメッシュとの間の位相差を制御する場合の位相範囲よりも広い。
図５は、受動浮遊面板を用いた処理チャンバ内の電圧プロファイルを示すグラフである。図示されるように、面板及びＲＦメッシュのＲＦ電力は、約２２０°だけ位相がずれている。この位相差は、図１Ａ及び図１Ｂに関して説明した処理チャンバ１００などの処理チャンバ、及び面板電極に結合された図２Ｂのチューナ回路２３０などのチューナ回路で達成される。
本明細書に記載される実施形態は、処理空間内にプラズマを生成するために用いられるＲＦ電力の効率を維持又は改善するための装置及び技法を提供する。本明細書に記載される実施形態はまた、処理チャンバ内の寄生プラズマの発生を実質的に低減する。最後に、本明細書に記載される実施形態は、処理空間全体にわたって改善されたプラズマ均一性を提供する。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

  1. 支持面と前記支持面の反対側の裏面とステムとを有する支持ペデスタル、
    前記支持ペデスタル内に配置された導電性メッシュ、
    前記支持面と対向するように配置された面板、
    少なくとも部分的に前記支持ペデスタル及び前記面板によって画定された処理空間、
    環状形状を有しかつ前記支持ペデスタルの裏面に隣接して配置され、前記支持ペデスタルのステムを取り囲む接地ボウルの第１の部分、
    前記支持ペデスタルと前記接地ボウルの前記第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む環状ライナ、及び
    前記面板と前記導電性メッシュとに結合された位相制御回路
    を含む、装置。
  2. 前記位相制御回路が、
    位相検出器、
    フィードバックコントローラ、及び
    位相調整器
    を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 位相調整器が、
    可変キャパシタ、及び
    該可変キャパシタと並列のインダクタ
    を含む、請求項２に記載の装置。
  4. 高周波（ＲＦ）ジェネレータ、
    前記高周波ジェネレータと前記面板とに結合された第１の増幅器、及び
    前記高周波ジェネレータと前記導電性メッシュとに結合された第２の増幅器
    をさらに含む、請求項１に記載の装置。
  5. 前記環状ライナの径方向外側に配置された前記接地ボウルの第２の部分、及び
    前記接地ボウルの前記第１の部分と前記接地ボウルの前記第２の部分との間に形成されたパージ間隙であって、該パージ間隙の少なくとも一部が前記環状ライナによって画定されており、該環状ライナが、前記接地ボウルの前記第２の部分の少なくとも一部と前記パージ間隙との間に配置されている、パージ間隙
    をさらに含む、請求項１に記載の装置。
  6. 前記接地ボウルの前記第１の部分がステンレス鋼含有材料を含み、前記接地ボウルの前記第２の部分がアルミニウム含有材料を含む、請求項５に記載の装置。
  7. 支持面と前記支持面の反対側の裏面とステムとを有する支持ペデスタル、
    前記支持ペデスタル内に配置された導電性メッシュ、
    前記支持面と対向するように配置された面板、
    少なくとも部分的に前記支持ペデスタル及び前記面板によって画定された処理空間、
    環状形状を有しかつ前記支持ペデスタルの裏面に隣接して配置され、前記支持ペデスタルのステムを取り囲む接地ボウルの第１の部分、
    前記支持ペデスタルと前記接地ボウルの前記第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む環状ライナ、及び
    前記導電性メッシュと前記面板とに結合された可変変圧器
    を含む、装置。
  8. 高周波（ＲＦ）ジェネレータ、及び
    前記高周波ジェネレータと前記導電性メッシュとに結合された増幅器、
    をさらに含む、請求項７に記載の装置。
  9. 支持面と前記支持面の反対側の裏面とステムとを有する支持ペデスタル、
    前記支持ペデスタル内に配置された導電性メッシュ、
    前記支持面と対向するように配置された面板、
    少なくとも部分的に前記支持ペデスタル及び前記面板によって画定された処理空間、
    環状形状を有しかつ前記支持ペデスタルの裏面に隣接して配置され、前記支持ペデスタルのステムを取り囲む接地ボウルの第１の部分、
    前記接地ボウルの前記第１の部分の径方向外側に配置された前記接地ボウルの第２の部分、
    前記接地ボウルの前記第２の部分内に形成されたレッジ、
    前記支持ペデスタルに隣接して、前記接地ボウルの前記第１の部分と前記接地ボウルの前記第２の部分との間に形成されたパージ間隙、
    前記支持ペデスタルと前記接地ボウルの前記第１の部分の少なくとも一部とを取り囲む環状ライナであって、前記レッジ上に配置された環状ライナ、及び
    前記面板と前記導電性メッシュとに結合された位相制御回路
    を含む、装置。
  10. 前記位相制御回路が、
    位相検出器、
    フィードバックコントローラであって、前記面板と前記導電性メッシュとから送信された位相データを使用する、フィードバックコントローラ、及び
    位相調整器
    を含む、請求項９に記載の装置。
  11. 前記位相調整器が、
    可変キャパシタ、及び
    該可変キャパシタと並列のインダクタ
    を備えている、請求項１０に記載の装置。
  12. 高周波（ＲＦ）ジェネレータ、
    前記高周波ジェネレータと前記面板とに結合された第１の増幅器、及び
    前記高周波ジェネレータと前記導電性メッシュとに結合された第２の増幅器
    をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記パージ間隙の少なくとも一部が前記環状ライナと前記接地ボウルの前記第１の部分との間にある、請求項９に記載の装置。
  14. 前記環状ライナが酸化アルミニウム含有材料を含む、請求項９に記載の装置。
  15. 前記パージ間隙の少なくとも一部が、前記環状ライナと前記接地ボウルの前記第１の部分との間にある、請求項５に記載の装置。
  16. 前記導電性メッシュと前記増幅器との間に配置され、かつ前記導電性メッシュと前記増幅器に結合されたＲＦ整合回路
    をさらに含む、請求項８に記載の装置。
  17. 前記環状ライナの径方向外側に配置された前記接地ボウルの第２の部分、及び
    前記接地ボウルの前記第１の部分と前記接地ボウルの前記第２の部分との間に形成されたパージ間隙であって、該パージ間隙の少なくとも一部が前記接地ボウルの前記第２の部分によって画定されており、前記環状ライナが、前記接地ボウルの前記第２の部分の少なくとも一部と前記パージ間隙との間に配置されている、パージ間隙
    をさらに含む、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記接地ボウルの前記第１の部分がステンレス鋼含有材料を含み、前記接地ボウルの前記第２の部分がアルミニウム含有材料を含む、請求項１７に記載の装置。
  19. 前記パージ間隙が前記環状ライナと前記接地ボウルの前記第１の部分との間にある、請求項１７に記載の装置。
  20. 前記接地ボウルの前記第１の部分がステンレス鋼含有材料を含み、前記接地ボウルの前記第２の部分がアルミニウム含有材料を含む、請求項１３に記載の装置。
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