プラズマチャンバ内の調整可能接地面
プラズマチャンバ内のプラズマ放電の強度および分布を制御する装置および方法が提供される。一実施形態では、径方向成分および軸方向成分を有する電界をチャンバ内部に得るために、成形された電極が基板サポート内に埋め込まれる。別の実施形態では、シャワーヘッドアセンブリのフェースプレート電極がアイソレータによって複数のゾーンに分割され、それによって、それぞれ異なる電圧が異なるゾーンに印加されることが可能になる。加えて、１つまたは複数の電極をチャンバ側壁内に埋め込むこともできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は一般に、基板上で材料を堆積または除去する装置および方法に関する。より詳細には、本発明の諸実施形態は、プラズマチャンバ内のプラズマ放電の強度および／または分布を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ促進化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）法、プラズマ浸漬イオン注入法、およびプラズマエッチング法などのプラズマ促進工法は、構造体を形成するために基板上に材料を堆積し、および／または、基板から材料を除去する際に使用される一般的な工法となっている。
【０００３】
プラズマは、半導体デバイスを製造する上での多くの利点をもたらす。例えば、プラズマを使用すると、処理温度低下、高いアスペクト比のギャップのギャップ充填促進、および、より大きい堆積速度による広範囲の応用が可能になる。
【０００４】
従来のプラズマ処理システムに関して存在する課題は、均一なエッチングおよび堆積を得るためのプラズマの制御である。エッチング速度および堆積の均一性に関する主要な要因は、処理中のプラズマの空間分布である。例えば、一般に平行板リアクタであるこれまでのＰＥＣＶＤチャンバでは、プラズマの空間分布に影響を及ぼす従来の要因は、他にも要因はあるが、チャンバ圧力、電極間距離、および化学作用である。ＰＥＣＶＤチャンバ内のプラズマ分布の従来の制御でも満足な結果を生み出すが、その工程は改善することができる。プラズマ処理において残っている１つの課題は、基板上に薄膜を形成するための導電体材料、誘電体材料または半導体材料などのバルク材料の堆積が均一でない、すなわち平坦でないことである。
【０００５】
図１Ａ（従来技術）は、少なくとも一部には、従来のプラズマチャンバ内での不均一性によって引き起こされる１つの課題を示す、基板１の断面図である。基板１は、その中に形成されたトレンチ、ビアなどでありうる複数の構造物５を含む。その上に従来のプラズマ工法によって形成された導電体、誘電体または半導体の材料の層１０は、ほぼ基板１を覆い、構造物５を充填する。基板１は寸法Ｄ１を有し、この寸法は、長方形の基板の場合には長さまたは幅になり、円形の基板の場合には外径になりうる。この例では、基板１は円形基板であり、寸法Ｄ１は、約３００ｍｍまたは２００ｍｍに等しくなりうる外径である。
【０００６】
上述のように、層１０は基板１をほぼ覆うが、実際には寸法Ｄ２のところで終わり、上に材料がほとんどまたは全くない基板１の周縁部が残る。一例では、寸法Ｄ１が３００ｍｍの場合、寸法Ｄ２は約２９８ｍｍになることがあり、この寸法では、基板１の周縁部を取り囲む、上に材料がほとんどまたは全くない約１ｍｍの部分が生じ、そのため、基板１の周縁部が実際上使用できないので、基板１のデバイス歩留まりが低下する。このような欠陥は、縁部効果またはプラズマ縁部効果と呼ばれることがある。
【０００７】
図１Ｂ（従来技術）は、図１Ａの基板１の分解断面図であり、基板１の周縁部上の表面区域２０を示し、少なくとも一部には従来のプラズマチャンバ内での不均一性によって引き起こされる別の課題を例示する。縁部領域２５は、上記のデバイス歩留まり低下により被覆されないで示されている。加えて、従来のプラズマ工法では、基板の周縁部に沿って、材料の過剰な堆積および積み重なりが発生する区域になりうる領域１５を生み出すことがある。後続の工程で、基板１は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理、あるいは他の平坦化処理または研磨処理にかけて層１０の一部分を除去することができる。この後続の工程では、領域１５は、層１０とともに除去されなければならないので、課題を生じることがある。領域１５は、層１０の表面区域２０の上に数百オングストローム（Å）から数千Åの間の高さＤ３を含むことがあるので、後続の工程でスループットに悪影響が及ぶおそれがある。加えて、領域１５の除去により表面区域２０の過剰研磨を引き起こすことがあり、その結果、基板１上に形成されるデバイスまたは構造物に損傷が生じるおそれもある。
【０００８】
したがって、上記の課題に対処するために、プラズマチャンバ内のプラズマの空間分布の制御を向上する装置および方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書に記載の諸実施形態では一般に、二次接地面を使用してプラズマチャンバ内のプラズマの空間分布を制御する方法および装置が提供される。
【００１０】
一実施形態では、基板サポートと、基板サポートに結合された１つまたは複数の電極と、基板サポートに対向するフェースプレートを有するシャワーヘッドアセンブリと、基板サポートから離れて径方向に間隔をおいて置かれた１つまたは複数の接地要素とを備える、基板を処理する装置が提供され、基板サポートとフェースプレートが協働的に処理容積を画定し、１つまたは複数の電極が、軸方向成分および径方向成分を有する調整可能な電界を処理容積内部に発生させるように適合される。
【００１１】
別の実施形態では、処理チャンバ内で基板を支持する装置が提供され、この装置は、サポート面と、サポート面内に配置された熱制御要素と、第１の面を画定する第１の部分および傾斜面を画定する第２の部分を有し、傾斜面が第１の面と交差する、サポート面内に配置された電極と、電極に結合された調整器とを備える。
【００１２】
別の実施形態では、容量結合プラズマの空間分布を制御する方法が提供され、この方法は、第１の電極を処理チャンバ内部に置くステップと、処理チャンバ内部に第１の接地面を置き、第１の電極と向かい合わせて処理容積を画定するステップと、ＲＦ電力を第１の電極に印加し直流電力を第１の接地面に印加することによって、軸方向成分および径方向成分を有する電界を処理容積内部に発生させるステップとを含む。
【００１３】
上に列挙した本発明の特徴が詳細に理解できるように、上で簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を、一部が添付の図面で例示されている諸実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な諸実施形態を例示するにすぎず、したがって、本発明で他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】（従来技術）従来技術の工法により加工された基板の断面図である。
【図１Ｂ】（従来技術）図１Ａの基板の詳細図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのプラズマ処理チャンバの概略側面図である。
【図３】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図４】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図５】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図６】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
理解を容易にするために、各図に共通の同じ要素を明示するのに、可能なところはどこでも同じ参照数字を使用した。１つの実施形態で開示された要素は、具体的な列挙なしに他の実施形態でも有利に利用できることも企図されている。
【００１６】
本発明は一般に、平行電極を伴ったプラズマ発生器を有するプラズマリアクタ内での基板の処理中にプラズマの空間分布を制御する方法および装置を提供する。
【００１７】
図２Ａは、プラズマ促進化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム１００の一実施形態の概略断面図である。ＰＥＣＶＤシステム１００は一般に、チャンバ蓋１０４を支持するチャンバ本体１０２を備え、チャンバ蓋１０４は、ねじ、ボルト、ヒンジなどの１つまたは複数の留め具によってチャンバ本体１０２に取り付けることができる。チャンバ本体１０２は、基板サポート１２８とシャワーヘッドアセンブリ１４２の間にプラズマ１０３を封じ込めるための処理容積１２０を画定するチャンバ側壁１１２および底壁１１６を備える。他にも機能があるが、ガスの送出および排出、移送の機能などの処理制御を行うために、コントローラ１７５がシステム１００に結合される。
【００１８】
チャンバ蓋１０４は、シャワーヘッドアセンブリ１４２を介して処理容積１２０の中に反応ガスおよびクリーニングガスを送り出すガス配給システム１０８に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、１つまたは複数のガス入口１６８、１６３および１６９から処理容積１２０の中にガスを送り出すガス入口通路１４０を含む。遠隔のプラズマ源（図示せず）を処理容積１２０とガス入口１６８、１６３および１６９との間に結合することができる。ＰＥＣＶＤシステム１００はまた、液体送出源１５０と、キャリアガスおよび／または前駆体ガスが得られるように構成されたガス源１７２とを含むこともできる。側壁１１２の中に形成され、ポンプシステム１６４に結合された外周ポンプチャネル１２５は、処理容積１２０からガスを排出して処理容積１２０内部の圧力を制御するように構成される。好ましくはセラミックなどでできているチャンバライナ１２７を処理容積１２０の中に配置して、腐食性の処理環境から側壁１１２を保護することができる。チャンバライナ１２７上に複数の排出ポート１３１を形成して、処理容積１２０をポンプチャネル１２５に結合することができる。
【００１９】
ベースプレート１４８によりチャンバ蓋１０４と、ガス配給システム１０８と、シャワーヘッドアセンブリ１４２とを一体化する。ベースプレート１４８を動作中に冷却するために、ベースプレート１４８内に冷却チャネル１４７が形成される。冷却入口１４５が、冷却チャネル１４７の中に水などの冷媒流体を送り出す。冷媒流体は、冷却チャネル１４７を出て冷媒出口１４９を通り抜ける。
【００２０】
基板サポート１２８は、処理中に基板１２１を支持して保持するように構成される。基板サポート１２８は、処理容積１２０内部で垂直に移動するように適合され、加えて、ステム１２２に結合された駆動システムによって回転するように構成することもできる。処理容積１２０へ基板を出し入れする移送を容易にするために、リフトピン１６１を基板サポート１２８に含むことができる。一実施形態では、基板サポート１２８は少なくとも１つの電極１２３を含み、電極１２３には、その上に基板１２１を静電気的に固定するための電圧が印加される。電極１２３は、電極１２３に結合された直流（ＤＣ）電源１７６から電力供給される。基板サポート１２８は単極ＤＣチャックとして描かれているが、本明細書に記載の諸実施形態は、プラズマチャンバ内で接地面として機能するように適合されたどんな基板サポートにも用いることができ、加えて、双極チャック、三極チャック、ＤＣチャック、インターディジテイテッドチャック、ゾーンチャックなどであってもよい。
【００２１】
基板サポート１２８は、その上に置かれた基板１２１を所望の処理温度まで加熱するための、例えば抵抗加熱要素である加熱要素１２６を備えることができる。加熱要素１２６は、約２０８ボルトなどの電圧を加熱要素１２６に与えるように構成された交流（ＡＣ）電力供給部（図示せず）に結合することができる。
【００２２】
無線周波（ＲＦ）電源１６５が、インピーダンス整合回路１７３を介してシャワーヘッドアセンブリ１４２に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と、コンデンサ１９０などの電子フィルタを介して接地できる電極１２３とで容量性プラズマ発生器を形成する。ＲＦ源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２にＲＦエネルギーを供給して、シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と基板サポート１２８の間の容量性プラズマの発生を促進する。こうして電極１２３は、ＲＦ源１６５用の接地経路、およびＤＣ電源１７６からの電気的バイアスの両方を供給して、基板１２１の静電気的クランピングを可能にする。
【００２３】
基板サポート１２８は一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などのセラミック材料、または他のセラミック材料でできている本体を備える。一実施形態では、基板サポート１２８の本体は、約−２０℃から約７００℃の範囲の温度で使えるように構成される。電極１２３は、ＲＦメッシュなどのメッシュ、あるいは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）でできている材料からなる穴あきシート、または、基板サポート１２８の本体を形作るセラミック材料と膨張係数がほぼ同じような他の材料からなる穴あきシートとすることができる。基板サポート１２８に埋め込まれた電極１２３は、シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と共に、協働的に処理容積１２０を画定する。
【００２４】
ＲＦ源１６５は、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ発生器である高周波無線周波（ＨＦＲＦ）電源と、例えば３００ｋＨｚのＲＦ発生器である低周波無線周波（ＬＦＲＦ）電源とを備えることができる。ＬＦＲＦ電源は、低周波発生要素と固定整合要素の両方を設ける。ＨＦＲＦ電源は、固定整合と共に使用するように設計され、負荷へ送出される電力を調整し、それによって前方電力および反射電力に関する問題をなくす。
【００２５】
電極１２３は、導電部材１８０に結合される。導電部材１８０は棒、管、線などとすることができ、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの導電材料、または、基板サポート１２８の本体を形作る他の材料とほぼ同じような膨張係数を有する他の材料で作ることができる。電極１２３は、ＲＦ電力の帰路として、また基板の静電気チャッキングを可能にするバイアス電極として機能する。基板１２１に電気的バイアスを供給するために、電極１２３は、バイアス電圧を電極１２３に与える電力供給システム１８２と連通している。電力供給システム１８２は、ＤＣ信号を電極１２３に供給するためのＤＣ電源１７６と、ＤＣ電源１７６と電極１２３の間の、電圧変動をフィルタリングするように適合された電子フィルタ１８６とを含む。一実施形態では、ＤＣ電源１７６は２４ボルトＤＣ電力供給部であり、電気信号は正または負のバイアスを供給することができる。
【００２６】
ＤＣ電源１７６を増幅器１８４に結合して、ＤＣ電源１７６からの電気信号を増幅することができる。ＤＣ電源１７６および増幅器１８４に電圧スパイクが加わらないように、電圧変動は電子フィルタ１８６でフィルタリングされる。一実施形態では、フィルタ１８６は、コンデンサ１９０および１９２を並列に伴うインダクタ１８８とすることができる。増幅されフィルタリングされた電気信号は、電極１２３および基板１２１に供給されて、基板１２１の静電気クランピングが可能になる。コンデンサ１９０および１９２もまた、電極１２３がＲＦ電力の接地部材として機能することを可能にし、ＲＦ電力は、コネクタ１９４および１９６によって接地に結合される。コンデンサ１９０および１９２は、ＲＦ電力を通過させながら、ＤＣ電力がＤＣ電源１７６から接地に向かうことを防止する。一実施形態では、コンデンサ１９０および１９２は、それぞれ１０〜１５アンペアおよび約２０００ボルトで、それぞれ０．０５４マイクロファラド（μＦ）のコンデンサとすることができる。このようにして電極１２３は、基板バイアス電極、およびＲＦ電力の帰還電極として機能する。
【００２７】
上記のように、電極１２３は、ＤＣ電源１７６からバイアスを供給し、ＲＦ電源１６５からのＲＦエネルギーの接地経路として機能する。処理容積１２０内で発生される容量結合プラズマ１０３は、整合回路１７３によってコントローラ１７５からの信号に基づいて調整することができる。しかし、電極１２３の構成では、それがＲＦエネルギーの接地面として機能する際に、許容できるプラズマの放電または空間分布を得ることができない。例えば、基板１２１の周縁はプラズマ放電に断続的にしかさらされず、そのため周縁では不十分な、または低減された堆積になる。図１Ａおよび図１Ｂに関して別の例では、プラズマ１０３の周縁で、基板の周縁に沿って領域１５を生み出すことがあり、この領域は、堆積材料の過剰な堆積および積み重なりが基板１２１上に発生する区域になりうる。
【００２８】
図２Ａで例示された実施形態では、電極１２３は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したプラズマ縁部効果を相殺するように成形することができる。この実施形態で示されたように電極１２３の周縁に傾斜を付けると、軸方向だけでなく径方向の成分を有する電界が処理容積１２０の内側に発生することになる。電極１２３とフェースプレート１４６の間の電位差は、電極１２３上のそれぞれ異なる点で異なる。これらの電位差により静電力が生じ、この静電力は、電界の軸方向成分が荷電粒子をフェースプレート１４６から電極１２３へと押しやり、電界の径方向成分が荷電粒子を押してチャンバの中心に近づけたり遠ざけたりする。加えて、電極１２３は、電極へのＤＣ電力をコントローラ１７５からの信号に基づいて調節することによって、調整することもできる。このように、この実施形態で電極１２３によって例示的に示されたプラズマ発生器の接地面は、調整可能であり、プラズマ縁部効果の軽減を可能にする。
【００２９】
図２Ｂは、図２Ａのプラズマ処理チャンバの別の概略側面図であり、基板サポート１２８内部の電極１２３をより明瞭に示す。電界は、フェースプレート１４６を通して処理容積１２０に供給される処理ガスの容量結合によって、プラズマ１０３を生じさせる。この実施形態では、電極１２３は、平坦部分２０４および傾斜部分２０５を特徴とする。電極１２３の平坦部分２０４は、平面を画定する第１の部分を備え、傾斜部分２０５は、１つの面を画定する第２の部分を備える。基板サポート１２８は、第２の平面を画定する。この実施形態では、平坦部分２０４によって画定された第１の平面と、基板サポート１２８によって画定された第２の平面とはほぼ平行であるが、第１の平面は、傾斜部分２０５によって画定された面とは交差する。このように、電極１２３は三次元構造を呈示し、その結果、径方向成分および軸方向成分を有する電界が生じる。電極１２３の傾斜部分２０５は、処理容積１２０内部の電界線を、プラズマ１０３が広がって基板サポート１２８上に配置された基板１２１をより完全に覆うように曲げる。
【００３０】
図２Ｂで例示されたように、傾斜縁部を伴う電極１２３を特徴とする諸実施形態では、傾斜部分２０５は平坦部分２０４と、断面で、約１３５°など約９０°と約１７０°の間が好ましい角度を形成する。したがって、図２Ｂに示される実施形態では、電極１２３の傾斜部分２０５は、平坦部分２０４と鈍角を形成し、基板サポート１２８の表面から離して傾斜を付けられている。他の実施形態では、傾斜部分２０５は、基板サポート１２８の表面に向けて傾斜を付けることができ、あるいは基板サポート１２８の表面に向けたり離したりして曲げられることができる。いくつかの実施形態では、電極１２３の縁部は、基板サポート１２８上に配置された基板の縁部を越えて延びることができる。他の実施形態では、基板の縁部は、基板サポート１２８および電極１２３の縁部を越えて延びることができる。さらに他の実施形態では、電極１２３は、電極１２３の平坦部分２０４と基板サポート１２８の表面との間の距離が約５ｍｍから１０ｍｍになるような深さで、基板サポート１２８に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、傾斜部分２０５は、平坦部分２０４から最も遠い傾斜部分２０５の端部が、基板サポート１２８の表面から平坦部分２０４よりも約２５％から約５０％遠くなるように構成することができる。他の実施形態では、電極１２３の縁部を越えて延びる基板サポート１２８の部分は、幅が１ｍｍから３ｍｍになることができる。
【００３１】
他の実施形態では、部分２０５は電極１２３の縁部であり、部分２０４は電極１２３の中央部である。部分２０５は、部分２０４と２０５がほぼ平行な平面を画定するように、部分２０４に対して上げられたり下げられたりすることができるが、部分２０５は、基板サポート１２８の表面により近くなってもより遠くなってもよい。いくつかの実施形態では、部分２０５は、部分２０４から約０．５ｍｍから約２ｍｍずれていることができる。部分２０４と２０５を接合する勾配を付けた部分があってもよく、この勾配を付けた部分は、部分２０４および２０５とある角度を形成し、あるいは部分２０４および２０５と湾曲接合部を形成することができる。
【００３２】
加えて、部分２０５は、部分２０４に対して傾斜を付けられていようといまいと、部分２０４よりも厚くても薄くてもよい。部分２０５の厚さは、部分２０４の厚さから最大約０．５ｍｍだけ差をつけることができ、そのため部分２０５は、部分２０４よりも最大０．５ｍｍまで薄くなり、あるいは部分２０５は、部分２０４よりも最大０．５ｍｍまで厚くなる。部分２０４または２０５の厚さはまた、徐々に減少してもよい。例えば、部分２０５は、それが部分２０４と接合するところで最大約３ｍｍまでの厚さがあり、その縁部では０．５ｍｍ以下の厚さまで徐々に減少してよい。部分２０５には、断面が成形されたビーズなどの成形縁部を、部分２０５の縁部に取り付けられた円形ビーズなどと同様に備え付けることができる。このビーズは、三角形、正方形または台形などの、任意の有利な断面の形状を有することができる。
【００３３】
図３は、別の実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略側面図である。この実施形態では、チャンバ３００は、ゾーン化シャワーヘッドアセンブリ３６０を特徴とする。シャワーヘッドアセンブリ３６０のフェースプレート１４６は、電気アイソレータ３７０によって個別の導電ゾーンに分離される。一実施形態では、ＲＦ電力は、独立したＲＦ源１６５および３３０からそれぞれ、独立した整合ネットワーク１７３および３４０を介して、すべてコントローラ１７５の制御のもとに各ゾーンに別々に印加される。別の実施形態では、単一のＲＦ源がそれぞれのゾーンに、またはすべてのゾーンに一括して、電力を供給する。上記のように電圧バイアスが、一括して要素３５０で表されているＤＣバイアス源により電極１２３に印加され、要素３５０は、上記のようにフィルタ１８６などのフィルタ、および増幅器１８４などの増幅器を含むことができ、コネクタで電極１２３に結合される。ゾーン化シャワーヘッドアセンブリ３６０は、独立したＲＦ源１６５および３３０に結合され、これにより、独立したインピーダンス整合ネットワーク１７３および３４０を介して、処理容積１２０の内側の電界を調整するように各ゾーンに異なる電力レベルを印加して、プラズマ１０３の空間分布を制御することが可能になる。
【００３４】
図４は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略側面図である。この実施形態では、チャンバ４００で、チャンバ側壁１１２に埋め込まれた電極４１０を利用する。チャンバ壁電極４１０は、アルミニウムなどの適切な導電材料でできており、アイソレータ３２０によって側壁１１２から分離され、アイソレータ１０５によってチャンバ蓋１０４から分離される。各アイソレータは、任意の適切な絶縁材料で作ることができるが、チャンバ壁の材料と同様な熱特性を有する材料でできていることが好ましい。このような材料の１つはセラミックである。この実施形態では、前記のように電圧バイアスが電極１２３に、図２Ａに関して上のように、コネクタで電極１２３に結合されたＤＣ要素３５０で一括して表されるＤＣ源、増幅器およびフィルタにより印加される。同様なバイアス発生器４２０をチャンバ壁電極４１０に結合することができる。コントローラ１７５は、フェースプレート１４６へのＲＦ電力の印加、電極１２３へのバイアス電力の印加、およびチャンバ壁電極４１０へのバイアス電力の印加を制御するように適合させて、プラズマ１０３によって基板１２１が適切に覆われることを確実にすることができる。
【００３５】
図５は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバ５００の概略側面図である。この実施形態では、チャンバ壁電極４１０は側壁１１２から分離されず、したがってプラズマ１０３は、電極１２３だけでなくチャンバ壁とも直接結合することができ、その結果、チャンバ壁電極４１０、側壁１１２、および電極１２３は、ひとまとめで接地面として働くことになる。こうして、チャンバ壁電極４１０に印加されるＤＣバイアスは、チャンバ壁全体に印加され、それによって、プラズマ１０３が処理容積１２０の周縁に向かって広がり、基板１２１を覆うことになる。側壁１１２からの放電を防止するために絶縁体５２０が設けられ、アイソレータ１０５で、チャンバの残りの部分から蓋アセンブリ１４８を分離する。
【００３６】
図６は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバ６００の概略側面図である。この実施形態では、２つの電極６２３Ａおよび６２３Ｂが基板サポート１２８の内部に埋め込まれる。前述のように、各電極は、ＤＣ電圧バイアスを印加して基板１２１を適所にクランプしながら、ＲＦ電力の接地面として働くように構成される。各電極は、ＤＣバイアス発生器６１０および６２０それぞれによって別々にバイアスされる。前述のように、各ＤＣバイアス発生器はＤＣ源を備え、必要に応じて増幅器およびフィルタを伴う。接地面を独立して調整できることにより、プラズマ１０３の空間分布を制御するための電界を処理容積１２０の内側で成形してプラズマ縁部効果を最小化する、またはなくする能力が得られる。
【００３７】
上記の各実施形態は、本発明の諸要素を実証的に組み込む例である。縁部効果を伴わずに基板１２１を完全に覆うために、以上の諸要素の任意の組み合わせを用いて、処理容積１２０の内側でプラズマ１０３を調整し成形することができる。多電極、成形または未成形の接地部材、バイアス発生器、アイソレータなどの任意の組み合わせを使用することができる。例えば、多数の成形接地部材、または側壁電極を備える単一の成形接地部材を使用することができる。ゾーン化シャワーヘッド電極もまた、１つまたは複数の成形接地部材と共に、かつ１つまたは複数の側壁電極と共に使用することができる。
【００３８】
作業工程では、基板が上記の実施形態のいずれかにより、プラズマ処理チャンバ内側の基板サポート上に配置される。処理ガスが、第１の電極を備えるシャワーヘッドアセンブリを通して処理チャンバに供給される。ＲＦ電力が、インピーダンス整合ネットワークを通してＲＦ発生器を第１の電極に結合することによって、第１の電極に印加される。ＲＦ発生器は、約１３．５６ＭＨｚなどの高周波電力、または約３００ｋＨｚなどの低周波電力を発生することができる。ＲＦ電力を第１の電極に印加すると、処理チャンバ内側に振動電界が生じ、処理ガスがプラズマ中にイオン化する。
【００３９】
基板は基板サポート上に配置され、接地部材が基板サポートに埋め込まれる。接地部材は、ＤＣ電力を基板サポートに結合する電極として働き、第１の電極と共に、処理チャンバ内に処理容積を画定する。ＤＣ電力が、基板サポートを通るコネクタを使用して電極に結合される。ＤＣ電力は電極に印加されて電極内に電圧バイアスが生じ、これにより基板が基板サポートに確実にクランプされることになる。電子フィルタをＤＣ電源と基板サポート内に配置された電極との間に、電極がＤＣ電圧バイアスを基板に印可しながらＲＦ電力の接地への通路として働くことができるように、設けることができる。このようにして、基板サポート内の電極は、ＲＦ電力の接地部材として働くことができる。コントローラを使用して整合ネットワークのインピーダンスを調整することによって、プラズマまで送り出される電力を調節することができる。このコントローラは、ＤＣ源の電力出力を調節して処理チャンバ内側の電界を調整するのに使用することもできる。このようにして、径方向成分ならびに軸方向成分を有する電界が発生され、それによって、チャンバの中心に向かう、またはそこから離れるようにプラズマの空間分布を調節して基板を完全にカバーすることが可能になる。
【００４０】
この実施形態では、接地部材は、所望の電界特性を生み出すように成形される。例えば、その接地部材は、基板サポートの表面にほぼ平行な第１の部分と、この第１の部分から徐々に細くなる第２の部分とを特徴とすることができる。第１の部分は１つの平面を画定し、第２の部分は、その平面と交差する面を画定する。したがって、成形された接地部材が、交差する複数の面を画定する。
【００４１】
一代替実施形態では、多数の接地部材を設けることができる。例えば、第１の接地部材と異なる形状を有する第２の接地部材を基板サポート内部に埋め込むことができる。コントローラは、各接地部材に印加されるバイアスを別々に調整して、所望の空間分布のプラズマを生じさせることができる。
【００４２】
別の実施形態では、ゾーン化シャワーヘッド電極を使用して、調整可能な電界を発生させることができる。ＲＦ電力は、それぞれ異なる整合ネットワークを通して、異なるゾーンに別個に供給することができる。コントローラを使用して整合ネットワークのインピーダンスを調節することによって、各ゾーンに供給される電力を調整することができる。上で論じたように、基板サポート内に埋め込まれた電極にＤＣ電圧バイアスが印加されて基板がクランプされ、接地までのＲＦ電力の経路が得られる。この実施形態では、シャワーヘッド電極のそれぞれ異なるゾーンへの電力送出を調整することにより、径方向成分ならびに軸方向成分を有する電界が結果として得られ、プラズマの空間分布の制御が可能になる。
【００４３】
別の実施形態では、電界およびプラズマは、処理チャンバの側壁内に電極を設けることによって径方向に調節することができる。いくつかの実施形態では、チャンバ壁自体を電極として使用することができる。この電極も、基板サポート内に埋め込まれた電極に加えて、接地またはバイアスすることができる。コントローラを使用して、基板サポート電極および側壁電極のバイアスと、シャワーヘッド電極に送り出される電力とを別個に調節し、プラズマの空間分布を調整することができる。
【００４４】
以上は本発明の諸実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、添付の特許請求の範囲によって確定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は一般に、基板上で材料を堆積または除去する装置および方法に関する。より詳細には、本発明の諸実施形態は、プラズマチャンバ内のプラズマ放電の強度および／または分布を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ促進化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）法、プラズマ浸漬イオン注入法、およびプラズマエッチング法などのプラズマ促進工法は、構造体を形成するために基板上に材料を堆積し、および／または、基板から材料を除去する際に使用される一般的な工法となっている。
【０００３】
プラズマは、半導体デバイスを製造する上での多くの利点をもたらす。例えば、プラズマを使用すると、処理温度低下、高いアスペクト比のギャップのギャップ充填促進、および、より大きい堆積速度による広範囲の応用が可能になる。
【０００４】
従来のプラズマ処理システムに関して存在する課題は、均一なエッチングおよび堆積を得るためのプラズマの制御である。エッチング速度および堆積の均一性に関する主要な要因は、処理中のプラズマの空間分布である。例えば、一般に平行板リアクタであるこれまでのＰＥＣＶＤチャンバでは、プラズマの空間分布に影響を及ぼす従来の要因は、他にも要因はあるが、チャンバ圧力、電極間距離、および化学作用である。ＰＥＣＶＤチャンバ内のプラズマ分布の従来の制御でも満足な結果を生み出すが、その工程は改善することができる。プラズマ処理において残っている１つの課題は、基板上に薄膜を形成するための導電体材料、誘電体材料または半導体材料などのバルク材料の堆積が均一でない、すなわち平坦でないことである。
【０００５】
図１Ａ（従来技術）は、少なくとも一部には、従来のプラズマチャンバ内での不均一性によって引き起こされる１つの課題を示す、基板１の断面図である。基板１は、その中に形成されたトレンチ、ビアなどでありうる複数の構造物５を含む。その上に従来のプラズマ工法によって形成された導電体、誘電体または半導体の材料の層１０は、ほぼ基板１を覆い、構造物５を充填する。基板１は寸法Ｄ１を有し、この寸法は、長方形の基板の場合には長さまたは幅になり、円形の基板の場合には外径になりうる。この例では、基板１は円形基板であり、寸法Ｄ１は、約３００ｍｍまたは２００ｍｍに等しくなりうる外径である。
【０００６】
上述のように、層１０は基板１をほぼ覆うが、実際には寸法Ｄ２のところで終わり、上に材料がほとんどまたは全くない基板１の周縁部が残る。一例では、寸法Ｄ１が３００ｍｍの場合、寸法Ｄ２は約２９８ｍｍになることがあり、この寸法では、基板１の周縁部を取り囲む、上に材料がほとんどまたは全くない約１ｍｍの部分が生じ、そのため、基板１の周縁部が実際上使用できないので、基板１のデバイス歩留まりが低下する。このような欠陥は、縁部効果またはプラズマ縁部効果と呼ばれることがある。
【０００７】
図１Ｂ（従来技術）は、図１Ａの基板１の分解断面図であり、基板１の周縁部上の表面区域２０を示し、少なくとも一部には従来のプラズマチャンバ内での不均一性によって引き起こされる別の課題を例示する。縁部領域２５は、上記のデバイス歩留まり低下により被覆されないで示されている。加えて、従来のプラズマ工法では、基板の周縁部に沿って、材料の過剰な堆積および積み重なりが発生する区域になりうる領域１５を生み出すことがある。後続の工程で、基板１は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理、あるいは他の平坦化処理または研磨処理にかけて層１０の一部分を除去することができる。この後続の工程では、領域１５は、層１０とともに除去されなければならないので、課題を生じることがある。領域１５は、層１０の表面区域２０の上に数百オングストローム（Å）から数千Åの間の高さＤ３を含むことがあるので、後続の工程でスループットに悪影響が及ぶおそれがある。加えて、領域１５の除去により表面区域２０の過剰研磨を引き起こすことがあり、その結果、基板１上に形成されるデバイスまたは構造物に損傷が生じるおそれもある。
【０００８】
したがって、上記の課題に対処するために、プラズマチャンバ内のプラズマの空間分布の制御を向上する装置および方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書に記載の諸実施形態では一般に、二次接地面を使用してプラズマチャンバ内のプラズマの空間分布を制御する方法および装置が提供される。
【００１０】
一実施形態では、基板サポートと、基板サポートに結合された１つまたは複数の電極と、基板サポートに対向するフェースプレートを有するシャワーヘッドアセンブリと、基板サポートから離れて径方向に間隔をおいて置かれた１つまたは複数の接地要素とを備える、基板を処理する装置が提供され、基板サポートとフェースプレートが協働的に処理容積を画定し、１つまたは複数の電極が、軸方向成分および径方向成分を有する調整可能な電界を処理容積内部に発生させるように適合される。
【００１１】
別の実施形態では、処理チャンバ内で基板を支持する装置が提供され、この装置は、サポート面と、サポート面内に配置された熱制御要素と、第１の面を画定する第１の部分および傾斜面を画定する第２の部分を有し、傾斜面が第１の面と交差する、サポート面内に配置された電極と、電極に結合された調整器とを備える。
【００１２】
別の実施形態では、容量結合プラズマの空間分布を制御する方法が提供され、この方法は、第１の電極を処理チャンバ内部に置くステップと、処理チャンバ内部に第１の接地面を置き、第１の電極と向かい合わせて処理容積を画定するステップと、ＲＦ電力を第１の電極に印加し直流電力を第１の接地面に印加することによって、軸方向成分および径方向成分を有する電界を処理容積内部に発生させるステップとを含む。
【００１３】
上に列挙した本発明の特徴が詳細に理解できるように、上で簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を、一部が添付の図面で例示されている諸実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な諸実施形態を例示するにすぎず、したがって、本発明で他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】（従来技術）従来技術の工法により加工された基板の断面図である。
【図１Ｂ】（従来技術）図１Ａの基板の詳細図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのプラズマ処理チャンバの概略側面図である。
【図３】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図４】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図５】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【図６】本発明によるプラズマ処理チャンバの別の実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
理解を容易にするために、各図に共通の同じ要素を明示するのに、可能なところはどこでも同じ参照数字を使用した。１つの実施形態で開示された要素は、具体的な列挙なしに他の実施形態でも有利に利用できることも企図されている。
【００１６】
本発明は一般に、平行電極を伴ったプラズマ発生器を有するプラズマリアクタ内での基板の処理中にプラズマの空間分布を制御する方法および装置を提供する。
【００１７】
図２Ａは、プラズマ促進化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム１００の一実施形態の概略断面図である。ＰＥＣＶＤシステム１００は一般に、チャンバ蓋１０４を支持するチャンバ本体１０２を備え、チャンバ蓋１０４は、ねじ、ボルト、ヒンジなどの１つまたは複数の留め具によってチャンバ本体１０２に取り付けることができる。チャンバ本体１０２は、基板サポート１２８とシャワーヘッドアセンブリ１４２の間にプラズマ１０３を封じ込めるための処理容積１２０を画定するチャンバ側壁１１２および底壁１１６を備える。他にも機能があるが、ガスの送出および排出、移送の機能などの処理制御を行うために、コントローラ１７５がシステム１００に結合される。
【００１８】
チャンバ蓋１０４は、シャワーヘッドアセンブリ１４２を介して処理容積１２０の中に反応ガスおよびクリーニングガスを送り出すガス配給システム１０８に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、１つまたは複数のガス入口１６８、１６３および１６９から処理容積１２０の中にガスを送り出すガス入口通路１４０を含む。遠隔のプラズマ源（図示せず）を処理容積１２０とガス入口１６８、１６３および１６９との間に結合することができる。ＰＥＣＶＤシステム１００はまた、液体送出源１５０と、キャリアガスおよび／または前駆体ガスが得られるように構成されたガス源１７２とを含むこともできる。側壁１１２の中に形成され、ポンプシステム１６４に結合された外周ポンプチャネル１２５は、処理容積１２０からガスを排出して処理容積１２０内部の圧力を制御するように構成される。好ましくはセラミックなどでできているチャンバライナ１２７を処理容積１２０の中に配置して、腐食性の処理環境から側壁１１２を保護することができる。チャンバライナ１２７上に複数の排出ポート１３１を形成して、処理容積１２０をポンプチャネル１２５に結合することができる。
【００１９】
ベースプレート１４８によりチャンバ蓋１０４と、ガス配給システム１０８と、シャワーヘッドアセンブリ１４２とを一体化する。ベースプレート１４８を動作中に冷却するために、ベースプレート１４８内に冷却チャネル１４７が形成される。冷却入口１４５が、冷却チャネル１４７の中に水などの冷媒流体を送り出す。冷媒流体は、冷却チャネル１４７を出て冷媒出口１４９を通り抜ける。
【００２０】
基板サポート１２８は、処理中に基板１２１を支持して保持するように構成される。基板サポート１２８は、処理容積１２０内部で垂直に移動するように適合され、加えて、ステム１２２に結合された駆動システムによって回転するように構成することもできる。処理容積１２０へ基板を出し入れする移送を容易にするために、リフトピン１６１を基板サポート１２８に含むことができる。一実施形態では、基板サポート１２８は少なくとも１つの電極１２３を含み、電極１２３には、その上に基板１２１を静電気的に固定するための電圧が印加される。電極１２３は、電極１２３に結合された直流（ＤＣ）電源１７６から電力供給される。基板サポート１２８は単極ＤＣチャックとして描かれているが、本明細書に記載の諸実施形態は、プラズマチャンバ内で接地面として機能するように適合されたどんな基板サポートにも用いることができ、加えて、双極チャック、三極チャック、ＤＣチャック、インターディジテイテッドチャック、ゾーンチャックなどであってもよい。
【００２１】
基板サポート１２８は、その上に置かれた基板１２１を所望の処理温度まで加熱するための、例えば抵抗加熱要素である加熱要素１２６を備えることができる。加熱要素１２６は、約２０８ボルトなどの電圧を加熱要素１２６に与えるように構成された交流（ＡＣ）電力供給部（図示せず）に結合することができる。
【００２２】
無線周波（ＲＦ）電源１６５が、インピーダンス整合回路１７３を介してシャワーヘッドアセンブリ１４２に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と、コンデンサ１９０などの電子フィルタを介して接地できる電極１２３とで容量性プラズマ発生器を形成する。ＲＦ源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２にＲＦエネルギーを供給して、シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と基板サポート１２８の間の容量性プラズマの発生を促進する。こうして電極１２３は、ＲＦ源１６５用の接地経路、およびＤＣ電源１７６からの電気的バイアスの両方を供給して、基板１２１の静電気的クランピングを可能にする。
【００２３】
基板サポート１２８は一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などのセラミック材料、または他のセラミック材料でできている本体を備える。一実施形態では、基板サポート１２８の本体は、約−２０℃から約７００℃の範囲の温度で使えるように構成される。電極１２３は、ＲＦメッシュなどのメッシュ、あるいは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）でできている材料からなる穴あきシート、または、基板サポート１２８の本体を形作るセラミック材料と膨張係数がほぼ同じような他の材料からなる穴あきシートとすることができる。基板サポート１２８に埋め込まれた電極１２３は、シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と共に、協働的に処理容積１２０を画定する。
【００２４】
ＲＦ源１６５は、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ発生器である高周波無線周波（ＨＦＲＦ）電源と、例えば３００ｋＨｚのＲＦ発生器である低周波無線周波（ＬＦＲＦ）電源とを備えることができる。ＬＦＲＦ電源は、低周波発生要素と固定整合要素の両方を設ける。ＨＦＲＦ電源は、固定整合と共に使用するように設計され、負荷へ送出される電力を調整し、それによって前方電力および反射電力に関する問題をなくす。
【００２５】
電極１２３は、導電部材１８０に結合される。導電部材１８０は棒、管、線などとすることができ、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの導電材料、または、基板サポート１２８の本体を形作る他の材料とほぼ同じような膨張係数を有する他の材料で作ることができる。電極１２３は、ＲＦ電力の帰路として、また基板の静電気チャッキングを可能にするバイアス電極として機能する。基板１２１に電気的バイアスを供給するために、電極１２３は、バイアス電圧を電極１２３に与える電力供給システム１８２と連通している。電力供給システム１８２は、ＤＣ信号を電極１２３に供給するためのＤＣ電源１７６と、ＤＣ電源１７６と電極１２３の間の、電圧変動をフィルタリングするように適合された電子フィルタ１８６とを含む。一実施形態では、ＤＣ電源１７６は２４ボルトＤＣ電力供給部であり、電気信号は正または負のバイアスを供給することができる。
【００２６】
ＤＣ電源１７６を増幅器１８４に結合して、ＤＣ電源１７６からの電気信号を増幅することができる。ＤＣ電源１７６および増幅器１８４に電圧スパイクが加わらないように、電圧変動は電子フィルタ１８６でフィルタリングされる。一実施形態では、フィルタ１８６は、コンデンサ１９０および１９２を並列に伴うインダクタ１８８とすることができる。増幅されフィルタリングされた電気信号は、電極１２３および基板１２１に供給されて、基板１２１の静電気クランピングが可能になる。コンデンサ１９０および１９２もまた、電極１２３がＲＦ電力の接地部材として機能することを可能にし、ＲＦ電力は、コネクタ１９４および１９６によって接地に結合される。コンデンサ１９０および１９２は、ＲＦ電力を通過させながら、ＤＣ電力がＤＣ電源１７６から接地に向かうことを防止する。一実施形態では、コンデンサ１９０および１９２は、それぞれ１０〜１５アンペアおよび約２０００ボルトで、それぞれ０．０５４マイクロファラド（μＦ）のコンデンサとすることができる。このようにして電極１２３は、基板バイアス電極、およびＲＦ電力の帰還電極として機能する。
【００２７】
上記のように、電極１２３は、ＤＣ電源１７６からバイアスを供給し、ＲＦ電源１６５からのＲＦエネルギーの接地経路として機能する。処理容積１２０内で発生される容量結合プラズマ１０３は、整合回路１７３によってコントローラ１７５からの信号に基づいて調整することができる。しかし、電極１２３の構成では、それがＲＦエネルギーの接地面として機能する際に、許容できるプラズマの放電または空間分布を得ることができない。例えば、基板１２１の周縁はプラズマ放電に断続的にしかさらされず、そのため周縁では不十分な、または低減された堆積になる。図１Ａおよび図１Ｂに関して別の例では、プラズマ１０３の周縁で、基板の周縁に沿って領域１５を生み出すことがあり、この領域は、堆積材料の過剰な堆積および積み重なりが基板１２１上に発生する区域になりうる。
【００２８】
図２Ａで例示された実施形態では、電極１２３は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したプラズマ縁部効果を相殺するように成形することができる。この実施形態で示されたように電極１２３の周縁に傾斜を付けると、軸方向だけでなく径方向の成分を有する電界が処理容積１２０の内側に発生することになる。電極１２３とフェースプレート１４６の間の電位差は、電極１２３上のそれぞれ異なる点で異なる。これらの電位差により静電力が生じ、この静電力は、電界の軸方向成分が荷電粒子をフェースプレート１４６から電極１２３へと押しやり、電界の径方向成分が荷電粒子を押してチャンバの中心に近づけたり遠ざけたりする。加えて、電極１２３は、電極へのＤＣ電力をコントローラ１７５からの信号に基づいて調節することによって、調整することもできる。このように、この実施形態で電極１２３によって例示的に示されたプラズマ発生器の接地面は、調整可能であり、プラズマ縁部効果の軽減を可能にする。
【００２９】
図２Ｂは、図２Ａのプラズマ処理チャンバの別の概略側面図であり、基板サポート１２８内部の電極１２３をより明瞭に示す。電界は、フェースプレート１４６を通して処理容積１２０に供給される処理ガスの容量結合によって、プラズマ１０３を生じさせる。この実施形態では、電極１２３は、平坦部分２０４および傾斜部分２０５を特徴とする。電極１２３の平坦部分２０４は、平面を画定する第１の部分を備え、傾斜部分２０５は、１つの面を画定する第２の部分を備える。基板サポート１２８は、第２の平面を画定する。この実施形態では、平坦部分２０４によって画定された第１の平面と、基板サポート１２８によって画定された第２の平面とはほぼ平行であるが、第１の平面は、傾斜部分２０５によって画定された面とは交差する。このように、電極１２３は三次元構造を呈示し、その結果、径方向成分および軸方向成分を有する電界が生じる。電極１２３の傾斜部分２０５は、処理容積１２０内部の電界線を、プラズマ１０３が広がって基板サポート１２８上に配置された基板１２１をより完全に覆うように曲げる。
【００３０】
図２Ｂで例示されたように、傾斜縁部を伴う電極１２３を特徴とする諸実施形態では、傾斜部分２０５は平坦部分２０４と、断面で、約１３５°など約９０°と約１７０°の間が好ましい角度を形成する。したがって、図２Ｂに示される実施形態では、電極１２３の傾斜部分２０５は、平坦部分２０４と鈍角を形成し、基板サポート１２８の表面から離して傾斜を付けられている。他の実施形態では、傾斜部分２０５は、基板サポート１２８の表面に向けて傾斜を付けることができ、あるいは基板サポート１２８の表面に向けたり離したりして曲げられることができる。いくつかの実施形態では、電極１２３の縁部は、基板サポート１２８上に配置された基板の縁部を越えて延びることができる。他の実施形態では、基板の縁部は、基板サポート１２８および電極１２３の縁部を越えて延びることができる。さらに他の実施形態では、電極１２３は、電極１２３の平坦部分２０４と基板サポート１２８の表面との間の距離が約５ｍｍから１０ｍｍになるような深さで、基板サポート１２８に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、傾斜部分２０５は、平坦部分２０４から最も遠い傾斜部分２０５の端部が、基板サポート１２８の表面から平坦部分２０４よりも約２５％から約５０％遠くなるように構成することができる。他の実施形態では、電極１２３の縁部を越えて延びる基板サポート１２８の部分は、幅が１ｍｍから３ｍｍになることができる。
【００３１】
他の実施形態では、部分２０５は電極１２３の縁部であり、部分２０４は電極１２３の中央部である。部分２０５は、部分２０４と２０５がほぼ平行な平面を画定するように、部分２０４に対して上げられたり下げられたりすることができるが、部分２０５は、基板サポート１２８の表面により近くなってもより遠くなってもよい。いくつかの実施形態では、部分２０５は、部分２０４から約０．５ｍｍから約２ｍｍずれていることができる。部分２０４と２０５を接合する勾配を付けた部分があってもよく、この勾配を付けた部分は、部分２０４および２０５とある角度を形成し、あるいは部分２０４および２０５と湾曲接合部を形成することができる。
【００３２】
加えて、部分２０５は、部分２０４に対して傾斜を付けられていようといまいと、部分２０４よりも厚くても薄くてもよい。部分２０５の厚さは、部分２０４の厚さから最大約０．５ｍｍだけ差をつけることができ、そのため部分２０５は、部分２０４よりも最大０．５ｍｍまで薄くなり、あるいは部分２０５は、部分２０４よりも最大０．５ｍｍまで厚くなる。部分２０４または２０５の厚さはまた、徐々に減少してもよい。例えば、部分２０５は、それが部分２０４と接合するところで最大約３ｍｍまでの厚さがあり、その縁部では０．５ｍｍ以下の厚さまで徐々に減少してよい。部分２０５には、断面が成形されたビーズなどの成形縁部を、部分２０５の縁部に取り付けられた円形ビーズなどと同様に備え付けることができる。このビーズは、三角形、正方形または台形などの、任意の有利な断面の形状を有することができる。
【００３３】
図３は、別の実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略側面図である。この実施形態では、チャンバ３００は、ゾーン化シャワーヘッドアセンブリ３６０を特徴とする。シャワーヘッドアセンブリ３６０のフェースプレート１４６は、電気アイソレータ３７０によって個別の導電ゾーンに分離される。一実施形態では、ＲＦ電力は、独立したＲＦ源１６５および３３０からそれぞれ、独立した整合ネットワーク１７３および３４０を介して、すべてコントローラ１７５の制御のもとに各ゾーンに別々に印加される。別の実施形態では、単一のＲＦ源がそれぞれのゾーンに、またはすべてのゾーンに一括して、電力を供給する。上記のように電圧バイアスが、一括して要素３５０で表されているＤＣバイアス源により電極１２３に印加され、要素３５０は、上記のようにフィルタ１８６などのフィルタ、および増幅器１８４などの増幅器を含むことができ、コネクタで電極１２３に結合される。ゾーン化シャワーヘッドアセンブリ３６０は、独立したＲＦ源１６５および３３０に結合され、これにより、独立したインピーダンス整合ネットワーク１７３および３４０を介して、処理容積１２０の内側の電界を調整するように各ゾーンに異なる電力レベルを印加して、プラズマ１０３の空間分布を制御することが可能になる。
【００３４】
図４は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略側面図である。この実施形態では、チャンバ４００で、チャンバ側壁１１２に埋め込まれた電極４１０を利用する。チャンバ壁電極４１０は、アルミニウムなどの適切な導電材料でできており、アイソレータ３２０によって側壁１１２から分離され、アイソレータ１０５によってチャンバ蓋１０４から分離される。各アイソレータは、任意の適切な絶縁材料で作ることができるが、チャンバ壁の材料と同様な熱特性を有する材料でできていることが好ましい。このような材料の１つはセラミックである。この実施形態では、前記のように電圧バイアスが電極１２３に、図２Ａに関して上のように、コネクタで電極１２３に結合されたＤＣ要素３５０で一括して表されるＤＣ源、増幅器およびフィルタにより印加される。同様なバイアス発生器４２０をチャンバ壁電極４１０に結合することができる。コントローラ１７５は、フェースプレート１４６へのＲＦ電力の印加、電極１２３へのバイアス電力の印加、およびチャンバ壁電極４１０へのバイアス電力の印加を制御するように適合させて、プラズマ１０３によって基板１２１が適切に覆われることを確実にすることができる。
【００３５】
図５は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバ５００の概略側面図である。この実施形態では、チャンバ壁電極４１０は側壁１１２から分離されず、したがってプラズマ１０３は、電極１２３だけでなくチャンバ壁とも直接結合することができ、その結果、チャンバ壁電極４１０、側壁１１２、および電極１２３は、ひとまとめで接地面として働くことになる。こうして、チャンバ壁電極４１０に印加されるＤＣバイアスは、チャンバ壁全体に印加され、それによって、プラズマ１０３が処理容積１２０の周縁に向かって広がり、基板１２１を覆うことになる。側壁１１２からの放電を防止するために絶縁体５２０が設けられ、アイソレータ１０５で、チャンバの残りの部分から蓋アセンブリ１４８を分離する。
【００３６】
図６は、本発明の別の実施形態によるプラズマ処理チャンバ６００の概略側面図である。この実施形態では、２つの電極６２３Ａおよび６２３Ｂが基板サポート１２８の内部に埋め込まれる。前述のように、各電極は、ＤＣ電圧バイアスを印加して基板１２１を適所にクランプしながら、ＲＦ電力の接地面として働くように構成される。各電極は、ＤＣバイアス発生器６１０および６２０それぞれによって別々にバイアスされる。前述のように、各ＤＣバイアス発生器はＤＣ源を備え、必要に応じて増幅器およびフィルタを伴う。接地面を独立して調整できることにより、プラズマ１０３の空間分布を制御するための電界を処理容積１２０の内側で成形してプラズマ縁部効果を最小化する、またはなくする能力が得られる。
【００３７】
上記の各実施形態は、本発明の諸要素を実証的に組み込む例である。縁部効果を伴わずに基板１２１を完全に覆うために、以上の諸要素の任意の組み合わせを用いて、処理容積１２０の内側でプラズマ１０３を調整し成形することができる。多電極、成形または未成形の接地部材、バイアス発生器、アイソレータなどの任意の組み合わせを使用することができる。例えば、多数の成形接地部材、または側壁電極を備える単一の成形接地部材を使用することができる。ゾーン化シャワーヘッド電極もまた、１つまたは複数の成形接地部材と共に、かつ１つまたは複数の側壁電極と共に使用することができる。
【００３８】
作業工程では、基板が上記の実施形態のいずれかにより、プラズマ処理チャンバ内側の基板サポート上に配置される。処理ガスが、第１の電極を備えるシャワーヘッドアセンブリを通して処理チャンバに供給される。ＲＦ電力が、インピーダンス整合ネットワークを通してＲＦ発生器を第１の電極に結合することによって、第１の電極に印加される。ＲＦ発生器は、約１３．５６ＭＨｚなどの高周波電力、または約３００ｋＨｚなどの低周波電力を発生することができる。ＲＦ電力を第１の電極に印加すると、処理チャンバ内側に振動電界が生じ、処理ガスがプラズマ中にイオン化する。
【００３９】
基板は基板サポート上に配置され、接地部材が基板サポートに埋め込まれる。接地部材は、ＤＣ電力を基板サポートに結合する電極として働き、第１の電極と共に、処理チャンバ内に処理容積を画定する。ＤＣ電力が、基板サポートを通るコネクタを使用して電極に結合される。ＤＣ電力は電極に印加されて電極内に電圧バイアスが生じ、これにより基板が基板サポートに確実にクランプされることになる。電子フィルタをＤＣ電源と基板サポート内に配置された電極との間に、電極がＤＣ電圧バイアスを基板に印可しながらＲＦ電力の接地への通路として働くことができるように、設けることができる。このようにして、基板サポート内の電極は、ＲＦ電力の接地部材として働くことができる。コントローラを使用して整合ネットワークのインピーダンスを調整することによって、プラズマまで送り出される電力を調節することができる。このコントローラは、ＤＣ源の電力出力を調節して処理チャンバ内側の電界を調整するのに使用することもできる。このようにして、径方向成分ならびに軸方向成分を有する電界が発生され、それによって、チャンバの中心に向かう、またはそこから離れるようにプラズマの空間分布を調節して基板を完全にカバーすることが可能になる。
【００４０】
この実施形態では、接地部材は、所望の電界特性を生み出すように成形される。例えば、その接地部材は、基板サポートの表面にほぼ平行な第１の部分と、この第１の部分から徐々に細くなる第２の部分とを特徴とすることができる。第１の部分は１つの平面を画定し、第２の部分は、その平面と交差する面を画定する。したがって、成形された接地部材が、交差する複数の面を画定する。
【００４１】
一代替実施形態では、多数の接地部材を設けることができる。例えば、第１の接地部材と異なる形状を有する第２の接地部材を基板サポート内部に埋め込むことができる。コントローラは、各接地部材に印加されるバイアスを別々に調整して、所望の空間分布のプラズマを生じさせることができる。
【００４２】
別の実施形態では、ゾーン化シャワーヘッド電極を使用して、調整可能な電界を発生させることができる。ＲＦ電力は、それぞれ異なる整合ネットワークを通して、異なるゾーンに別個に供給することができる。コントローラを使用して整合ネットワークのインピーダンスを調節することによって、各ゾーンに供給される電力を調整することができる。上で論じたように、基板サポート内に埋め込まれた電極にＤＣ電圧バイアスが印加されて基板がクランプされ、接地までのＲＦ電力の経路が得られる。この実施形態では、シャワーヘッド電極のそれぞれ異なるゾーンへの電力送出を調整することにより、径方向成分ならびに軸方向成分を有する電界が結果として得られ、プラズマの空間分布の制御が可能になる。
【００４３】
別の実施形態では、電界およびプラズマは、処理チャンバの側壁内に電極を設けることによって径方向に調節することができる。いくつかの実施形態では、チャンバ壁自体を電極として使用することができる。この電極も、基板サポート内に埋め込まれた電極に加えて、接地またはバイアスすることができる。コントローラを使用して、基板サポート電極および側壁電極のバイアスと、シャワーヘッド電極に送り出される電力とを別個に調節し、プラズマの空間分布を調整することができる。
【００４４】
以上は本発明の諸実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、添付の特許請求の範囲によって確定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する装置であって、
基板サポートと、
前記基板サポートに結合された１つまたは複数の電極と、
前記基板サポートに対向するフェースプレートを有するシャワーヘッドアセンブリと、
前記基板サポートから離れて径方向に間隔をおいて置かれた１つまたは複数の接地要素とを備え、前記基板サポートと前記フェースプレートが協働的に処理容積を画定し、前記１つまたは複数の電極が、軸方向成分および径方向成分を有する調整可能な電界を前記処理容積内部に発生させるように適合される、装置。
【請求項２】
前記１つまたは複数の電極が前記基板サポート内に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つまたは複数の電極のうちの少なくとも１つの一部分が傾斜を付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
１つまたは複数の接地面のうちの少なくとも１つに結合された１つまたは複数の調整可能な回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記１つまたは複数の電極のうちの少なくとも１つに結合された１つまたは複数の調整可能な回路をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記フェースプレートが１つまたは複数のアイソレータによって分離されたゾーンに分割される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記１つまたは複数の接地面の間に配置されたアイソレータをさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
処理チャンバ内で基板を支持する装置であって、
サポート面と、
前記サポート面内に配置された熱制御要素と、
第１の面を画定する第１の部分および傾斜面を画定する第２の部分を有し、前記傾斜面が前記第１の面と交差する、前記サポート面内に配置された電極と、
前記電極に結合された調整器とを備える、装置。
【請求項９】
前記電極に結合された電子フィルタをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記サポート面が第２の面を画定し、前記第１の面が前記第２の面にほぼ平行である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記電極がＲＦメッシュである、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
容量結合プラズマの空間分布を制御する方法であって、
第１の電極を処理チャンバ内部に置くステップと、
前記処理チャンバ内部に第２の電極を置き、前記第１の電極と向かい合わせて処理容積を画定するステップであって、前記第２の電極が、第１の面を画定する第１の部分、および前記第１の面と交差する傾斜面を画定する第２の部分を有するステップと、
無線周波（ＲＦ）電力を前記第１の電極に印加し直流（ＤＣ）電力を前記第２の電極に印加することによって、軸方向成分および径方向成分を有する電界を前記処理容積内部に発生させるステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記処理チャンバ内部に第３の電極を置くステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の電極を使用して前記ＲＦ電力の接地までの経路を設け、前記処理容積内部に電圧バイアスを印加するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第２および第３の電極の少なくとも一方を調整するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１】
基板を処理する装置であって、
基板サポートと、
前記基板サポートに結合された１つまたは複数の電極と、
前記基板サポートに対向するフェースプレートを有するシャワーヘッドアセンブリと、
前記基板サポートから離れて径方向に間隔をおいて置かれた１つまたは複数の接地要素とを備え、前記基板サポートと前記フェースプレートが協働的に処理容積を画定し、前記１つまたは複数の電極が、軸方向成分および径方向成分を有する調整可能な電界を前記処理容積内部に発生させるように適合される、装置。
【請求項２】
前記１つまたは複数の電極が前記基板サポート内に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つまたは複数の電極のうちの少なくとも１つの一部分が傾斜を付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
１つまたは複数の接地面のうちの少なくとも１つに結合された１つまたは複数の調整可能な回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記１つまたは複数の電極のうちの少なくとも１つに結合された１つまたは複数の調整可能な回路をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記フェースプレートが１つまたは複数のアイソレータによって分離されたゾーンに分割される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記１つまたは複数の接地面の間に配置されたアイソレータをさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
処理チャンバ内で基板を支持する装置であって、
サポート面と、
前記サポート面内に配置された熱制御要素と、
第１の面を画定する第１の部分および傾斜面を画定する第２の部分を有し、前記傾斜面が前記第１の面と交差する、前記サポート面内に配置された電極と、
前記電極に結合された調整器とを備える、装置。
【請求項９】
前記電極に結合された電子フィルタをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記サポート面が第２の面を画定し、前記第１の面が前記第２の面にほぼ平行である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記電極がＲＦメッシュである、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
容量結合プラズマの空間分布を制御する方法であって、
第１の電極を処理チャンバ内部に置くステップと、
前記処理チャンバ内部に第２の電極を置き、前記第１の電極と向かい合わせて処理容積を画定するステップであって、前記第２の電極が、第１の面を画定する第１の部分、および前記第１の面と交差する傾斜面を画定する第２の部分を有するステップと、
無線周波（ＲＦ）電力を前記第１の電極に印加し直流（ＤＣ）電力を前記第２の電極に印加することによって、軸方向成分および径方向成分を有する電界を前記処理容積内部に発生させるステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記処理チャンバ内部に第３の電極を置くステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の電極を使用して前記ＲＦ電力の接地までの経路を設け、前記処理容積内部に電圧バイアスを印加するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第２および第３の電極の少なくとも一方を調整するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５１９１１７（Ｐ２０１１−５１９１１７Ａ）
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５００８２０（Ｐ２０１１−５００８２０）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３１９６６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１７１７３
【国際公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３１９６６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１７１７３
【国際公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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