プラズマ閉じ込めのためのウエハ領域圧力制御
【課題】改善されたウエハ領域圧力制御を提供するプラズマ処理室を実現する。
【解決手段】プラズマ処理室は、プラズマを発生し維持するために接続される装置を持つ真空チャンバである。この装置の一部は、エッチング用ガス源および排気口である。閉じ込めリングはウエハ上の領域を定義する。ウエハ領域圧力はこの閉じ込めリングにわたる圧力降下に依存する。閉じ込めリングは、１００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供するウエハ領域圧力制御装置の一部である。そのようなウエハ領域圧力制御装置は、所望のウエハ領域圧力制御を提供するのに用いられるホルダ上の３つの調節可能閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックでありえる。
【解決手段】プラズマ処理室は、プラズマを発生し維持するために接続される装置を持つ真空チャンバである。この装置の一部は、エッチング用ガス源および排気口である。閉じ込めリングはウエハ上の領域を定義する。ウエハ領域圧力はこの閉じ込めリングにわたる圧力降下に依存する。閉じ込めリングは、１００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供するウエハ領域圧力制御装置の一部である。そのようなウエハ領域圧力制御装置は、所望のウエハ領域圧力制御を提供するのに用いられるホルダ上の３つの調節可能閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックでありえる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ベースのデバイスの製造のための処理装置に関する。より具体的には本発明は、プラズマ処理室においてプラズマの圧力を閉じ込め、制御する改良された技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ベースのデバイス（例えば、集積回路またはフラットパネルディスプレイ）の製造においては、材料の層群が交互に基板表面（例えば半導体ウエハまたはガラス基板）に堆積され、エッチングされる。この技術分野で知られるように、堆積された層のエッチングは、プラズマエンハンスト・エッチングを含むさまざまな技術によって達成されえる。プラズマエンハンスト・エッチングにおいては、基板上に堆積された層のエッチングはプラズマ処理室内で行われる。エッチング中、適切なエッチング用ガス源からプラズマが形成され、マスクによって保護されていない基板上の堆積層の領域をエッチングをし、それにより所望のパターンが後に残る。
【０００３】
プラズマエッチングシステムの異なるタイプの中で、プラズマを基板の直上の空間に閉じ込める方法を利用するものは、効率的な製造および／またはますます小さくなる微小寸法を基板上に形成するのに非常に適していることがわかってきた。そのようなシステムの例は、共通に譲渡された米国特許第５，５３４，７５１号に挙げられており、それはここで参照によって援用される。プラズマ閉じ込めはプラズマ処理システムの性能を大きく改善するが、現在の実現例はさらに改善されえる。特に閉じ込められたプラズマの圧力の制御、および基板搬送のためのプラズマ処理空間へのアクセス容易性についてはまだ改善がなされえる。
【０００４】
議論を進めるために図１(Ａ)は、現在実現されている閉じ込めリング１０２を含む例示的なプラズマ処理室１００を示す。プラズマ処理室１００の中には、基板１０６が下部電極１０４上に位置する。下部電極１０４は、基板１０６を保持するための適切な基板チャッキング機構（例えば静電的、機械的なクランプなど）を備える。リアクタ上部１１０は、下部電極１０４に直接に対向して配置された上部電極１１２を備える。上部電極１１２、下部電極１０４、および閉じ込めリング１０２は、閉じ込めプラズマ空間１１６を定義する。ガスがエッチング用ガス源１１４によって閉じ込めプラズマ空間１１６に供給され、閉じ込めリング１０２および排気口１２０を通して真空ポンプによって閉じ込めプラズマ空間１１６から排気される。閉じ込めプラズマ空間内に実現された流れるガスおよび適切な圧力ガスを用いて、ＲＦ電力をＲＦ電源１０８によって下部電極に印加し、上部電極１１２をグラウンドに落とすことによってプラズマがこの空間に形成される。あるいはこの技術分野でよく知られるように、ＲＦ電力を下部電極１０４および上部電極１１２の両方に印加し、または下部電極１０４をグラウンドに落とし、ＲＦ電力を上部電極１１２に印加することによって、プラズマは形成されえる。
【０００５】
閉じ込めリング１０２は、プラズマを空間１０６に閉じ込め、かつプラズマの圧力を制御するようにはたらく。プラズマを空間１１６に閉じ込めることは、ＲＦ電力のレベルおよび周波数とともに、閉じ込めリング１０２間の間隔と、閉じ込めリングの外、およびプラズマ内の空間における圧力と、ガスの種類および流量とを含む多くのファクタの関数である。効率的にプラズマを閉じ込めるために、閉じ込めリング１０２の外の圧力は、できるだけ低く、好ましくは３０ミリトール未満であるべきである。もし閉じ込めリング１０２の間の間隔が非常に小さいなら、プラズマの閉じ込めはより簡単に実現できる。典型的には０．１５インチ以下の間隔が閉じ込めには必要とされる。しかし閉じ込めリングの間隔はプラズマの圧力をも決定し、間隔は最適な処理性能に必要な圧力を実現しながらもプラズマを維持できるように調節されえることが望ましい。
【０００６】
「プラズマ処理室内の閉じ込めリングを位置づけるカム・ベースの構成」と題され、Ｅｒｉｃ Ｈ． Ｌｅｎｚによる２０００年２月１日に発行された共通に譲渡された、参照によって援用される米国特許第６，０１９，０６０号は、閉じ込めリングにわたる圧力降下が１／（Ｘ2＋Ｙ2＋Ｚ2）という式にほぼ比例することを教示した。ここでＸ、ＹおよびＺは図１(B)に示す閉じ込めリング間の距離である。Ｌｅｎｚは単一の可動リングおよび静止リング（図１(B)においてＸ＝一定、Ｙ＋Ｚ＝一定）を提供する。単一の可動閉じ込めリングを動かすことで、距離ＹおよびＺを調節することによって、Ｌｅｎｚに教示されるように、プラズマ圧力制御範囲が得られる。さまざまな固定ギャップＸの単一リングを動かすことによって上述のように得られる式によって予測される相対的圧力を図２は示す。この式は、図２に示されるように６７〜１００％の制御範囲が得られ、一方で、実験によれば達成可能な範囲はほぼこれらの値の半分であることを予測する。同一の処理システム内において最適な処理結果をさまざまな種類のフィルムおよびデバイスについて達成するためには、多くの場合、より広いプラズマ圧力リングが必要とされる。
【０００７】
さらにＬｅｎｚによって教示される方法においては、閉じ込めリング１０２は上部および下部電極機構の間に制限されており、よって基板のロードおよびアンロードのための電極間スペースへのアクセスが制限されえる。図１(C)に示されるように、その最も上の位置まで上げられた閉じ込めリング１０２をもってしても、電極間スペースへのアクセスはギャップＷに制限され、これは総電極間スペースから閉じ込めリングの厚さの合計を減じたものである。
【０００８】
プラズマ閉じ込めを維持しながらも、圧力制御の範囲が大きくすることが望ましい。またプラズマ処理システムから基板を置いたり、取り除いたりすることを大きく促進する閉じ込めリングを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
上述の、および他の目的を達成するための、本発明の目的に基づいたプラズマ処理デバイスが提供される。
【００１０】
真空チャンバに流体的に接続された排気口および真空ポンプ、および真空チャンバに流体的に接続されたガス源が提供される。真空チャンバ内に、５００％よりも大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供するウエハ領域圧力制御デバイスが配置される。
【００１１】
さらに本発明はウエハ領域圧力を制御する方法を提供する。一般に基板は真空チャンバ内に置かれる。ガス源が真空チャンバに提供される。ガスはまた真空チャンバから排気もされる。少なくとも一つのリングが移動することによって、５００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲が提供される。
【００１２】
本発明のこれらや他の特徴は以下の本発明の詳細な説明において以下の図面とともに詳細に説明される。
【００１３】
本発明は添付の図面の図において限定ではなく、例示によって示されており、同様の参照番号は同様の要素を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術によるプラズマ処理室の概略図である。
【図２】従来技術によって達成される相対圧力を示すグラフである。
【図３】本発明のある実施形態によるプラズマ処理室の概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態の動作のフローチャートである。
【図５】閉じ込めリングが最も上の位置にあるときの図３に示されるプラズマ処理室の断面の概略図である。
【図６】閉じ込めリングが下げられたときの図５に示されるプラズマ処理室の断面の概略図である。
【図７】閉じ込めリングがさらに下げられ、最も低いギャップがその最小値まで低減されたときの図６に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図８】閉じ込めリングがさらに下げられ、中間ギャップがその最小値まで低減されたときの図７に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図９】閉じ込めリングがさらに下げられ、最も高いギャップがその最小値まで低減されたときの図８に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図１０】ギャップサイズの和についての圧力のグラフである。
【図１１】最小ギャップサイズのさまざまな値が与えられたときのギャップサイズの和についての圧力のグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態によるプラズマ処理室の概略図である。
【図１３】本発明の他の実施形態の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面に示されるようないくつかの好ましい実施形態を参照しながら、本発明はここで詳細に説明される。本発明の完全なる理解のために以下の記載では多くの詳細が述べられる。しかし当業者には明らかなように、本発明はいくつかの、または全てのこれらの特定の詳細事項なしでも実施可能である。あるいは、よく知られたプロセスステップおよび／または構造が詳細には説明されていないかもしれないが、それは本発明の趣旨を不必要にぼかさないためである。
【００１６】
議論を進めるために、図３はプラズマ処理室２００の断面図である。処理室は上部２１２および下部２１４、および上部２１２から下部２１４に延びる室壁２１６を有する。室壁の一方の側から片側保持された下部電極ハウジング２１８には、固定されたチャック２０４があり、これは基板２０６がエッチング中に配置されるワークピースホルダである。チャック２０４は、例えば静電、機械的クランピング、真空などの適切なチャッキング技術によって実現されえる。ＲＦ電源２５２はチャック２０４に電気的に接続されえる。リアクタ上部２１２は上部電極２２４を支持し、ＲＦ電源に電気的に接続されえる。第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング、および閉じ込めブロック２３６を備える閉じ込め機構は、処理室２００内に配置される。ホルダ２４０は、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６を支持するために用いられえる。ホルダ２４０に接続されたコントローラ２４２は、ホルダ２４０の動きを制御し、よって第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６の動きを制御する。好ましい実施形態においては、ホルダ２４０は、それぞれの段差において閉じ込めリングまたはブロックが留まるように段差が設けられている。この段差は、本発明の好ましい実施形態においては０．０９から０．１５インチ（２．２８から３．８１ｍｍ）の間である、閉じ込めリングおよびブロックの最大ギャップ間隔を与える。第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４はそれぞれ、スペーサ２３８で固定されており、これはそれぞれの閉じ込めリングおよびブロックの間の最小ギャップを固定する。この実施形態においてスペーサは、０．００５から０．０６０インチ（０．１３から１．５２ｍｍ）の間の最小ギャップを与えるサイズである。エッチング用ガス源２５０はガスを処理室へ送る。圧力センサ２６２は基板２０６上の空間の圧力、つまり「ウエハ領域圧力」、略称「ＷＡＰ」を測定する。処理室２００は排気口２６０を有する。
【００１７】
この実施形態の動作中には、コントローラ２４２はホルダ２４０を、図３に示され、詳細が図５に示されるその最も高い位置まで上げる。そのような位置では、閉じ込めリング２３０の下面およびチャック２０４の面の間のギャップが、最低でも基板２０６がチャック２０４上にロボットで配置できるのにじゅうぶんなサイズになるような高さまで、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６が持ち上げられる。好ましい実施形態においては、このギャップは０．５インチ（１２ｍｍ）のオーダーである。
【００１８】
図４は本発明の好ましい実施形態の動作のフローチャートである。動作中、ホルダは第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６を図５に示される位置に持ち上げる（ステップ３０２）。基板２０６をチャック２０４上に置くためにはロボット機構が用いられえる（ステップ３０４）。コントローラ２４２はホルダ２４０をウエハ領域圧力制御開始点に降ろす（ステップ３０６）。ウエハ領域圧力制御開始点は、処理中にじゅうぶんな閉じ込めを維持しながら最小の圧力降下を可能にする、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６の位置でありえる。この実施形態においては、ウエハ領域圧力制御開始点は、第１調節可能閉じ込めリング２３０が図６に示すように下部電極ハウジング２１８上に留まることを始めるときでありえる。そしてエッチング用ガスフローが開始され（ステップ３０８）、圧力センサ２５２によって測定されるウエハ領域内の圧力が所望のセットポイント値と比較される（ステップ３１０）。もしウエハ領域圧力が増加されなければならないなら（ステップ３１２）、コントローラ２４２はさらにホルダ２４０を降ろす（ステップ３１６）。図７は、第２閉じ込めリング２３２が第１閉じ込めリング２３０のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０が下げられた処理室２００を示す。図８は、第３閉じ込めリング２３４が第２閉じ込めリング２３２のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０がさらに下げられた処理室２００を示す。図９は、第３閉じ込めリング２３６が第３閉じ込めリング２３４のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０がさらに下げられた処理室２００を示す。これが最も低いウエハ領域制御位置で、ホルダ２４０はこれ以上は下げられることはない。
【００１９】
もしウエハ領域圧力が減少されなければならないなら、コントローラ２４２はホルダ２４０を上げる（ステップ３１４）。いったんホルダ２４０が図６に示す最も高いウエハ領域圧力制御位置に到達すると、ウエハ領域圧力制御段階中にホルダ２４０はこれ以上、上げられることはない。いったんウエハ領域圧力が所望のセットポイント値に等しくなると、プラズマが発生される（ステップ３１８）。ウエハ領域圧力は再びセットポイントと比較され（ステップ３２０）、ホルダ２４０を上げるか、または下げるかすることで閉じ込めリングの位置が調節され（ステップ３２２、３２４、３２６）、プラズマ処理が終了したとみなされるまで所望の圧力を達成し、かつ維持する（ステップ３３０）。終了とみなされるとホルダ２４０はその最も高い位置まで上げられ（ステップ３３２）、ロボット機構を用いて基板が取り出され（ステップ３３４）、処理が繰り返されえる。
【００２０】
好ましい実施形態においては、ホルダ２４０が図６に示されるその最も高い制御位置から、図９に示される最も低い制御位置まで下げられるとき、閉じ込めリングにわたる圧力降下の変化は３００〜８００％変わりえる。ウエハ領域圧力を増やすためにホルダが下方に動かされ、ウエハ領域圧力を減らすためにホルダが上方に動かされるように、圧力降下の変化が与えられる。図９に示されるように、閉じ込めブロック２３６の上部が上部電極２２４の最下部よりも上に位置し、それにより閉じ込めブロック２３６の上部をすり抜けてウエハ領域から漏れ出ることを防止するように、閉じ込めブロック２３６は、じゅうぶんな厚さを持つ。
【００２１】
この実施形態で用いることができる寸法の例として、閉じ込めブロック２３６と、閉じ込めブロック２３６によって囲まれた上部電極２２４との間のギャップは、０．０１２５から０．０５００インチ（０．３２から１．２７ｍｍ）の間でありえる。より好ましくは、ギャップは約０．０２５インチ（０．６３ｍｍ）である。第１、第２、および第３調節可能閉じ込めリング２３０、２３２、２３４の厚さは、０．０４５から０．１８０インチ（１．１４から４．５７ｍｍ）の間である。より好ましくはこの厚さは約０．０９インチ（２．２９ｍｍ）である。上部電極２２４および下部電極２０４の間の距離は、０．４から３．０インチ（１０ｍｍから７６．２ｍｍ）の範囲でありえる。より好ましくはこの距離は約０．６インチ（１５ｍｍ）である。
【００２２】
図１０は、第１調節可能閉じ込めリング２３０および第２調節可能閉じ込めリング２３２間、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４間、および第３調節可能閉じ込めリング２３４および閉じ込めブロック２３６間のギャップ距離の和についてのウエハ領域圧力のグラフである。この例では、３００立方センチメートル毎分（標準状態換算）（ｓｃｃｍ）のアルゴンが処理室２００に供給されるときに圧力が測定されている。四角形のデータ点９０２はウエハ領域圧力を示し、これは閉じ込めリング内の圧力である。菱形のデータ点９０４は処理室２００の圧力を示す。部分（Ｉ）は閉じ込めリングが図６に示される位置から図７に示される位置に動くことに対応する。部分（ＩＩ）は閉じ込めリングが図７に示される位置から図８に示される位置に動くことに対応する。部分（ＩＩＩ）は閉じ込めリングが図８に示される位置から図９に示される位置に動くことに対応する。
【００２３】
図１１は、図１０の部分（ＩＩ）および（ＩＩＩ）に対応する、単位がインチのギャップ距離の和についてのウエハ領域圧力のグラフであるが、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離の異なる値についてのグラフである。曲線（ａ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチである。曲線（ｂ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３０インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチである。曲線（ｃ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３０インチである。曲線（ｄ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチである。曲線（ｅ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０６２インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０６２インチである。図１１のグラフから、圧力制御範囲および圧力制御の傾きは、異なるスペーサ２３６を用いて最小ギャップ距離を変化させることによって変化させられることがわかる。
【００２４】
ホルダは、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの上方向および下方向への動きを、一つ以上のコントローラが提供できるようにするいかなる装置でもよく、ここで持ち上げられた位置において閉じ込めリングおよび閉じ込めブロック間の最大ギャップをホルダは維持し、下げられた位置においてホルダは閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックが最小ギャップを形成することを可能にする。好ましくは、ホルダはギャップが最小になるまであるギャップを一度に減少させることができる。いったんギャップが最小になると、他のギャップが減少する。図５のホルダ２４０はハンガー型であり、これはホルダ２４０がコントローラ２４２の下であるからである。別の実施形態においては、ホルダ２４０はコントローラ２４２の上になるように構成されえて、このときはホルダ２４０はプラットホーム型である。
【００２５】
３つの閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックは好ましい実施形態において示されたが、他の多くの閉じ込めリングおよびブロックが用いられえる。このましい実施形態においては、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの数および間隔は、最も高い位置において、最も低い閉じ込めリングの少なくとも一部が上部電極の最も低い部分よりも上にあり、ウエハ領域圧力制御初期位置においては、最も低い閉じ込めリングは下部電極と同一表面を成す表面上に留まり、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの一部は上部電極よりも下にある。この実施形態は、堆積されたポリマーフィルムの蓄積を起こしえるよどみ点を防ぐのに役立つ。
【００２６】
他の実施形態においてホルダは、それぞれが異なる閉じ込めリングを懸架する複数のハンガーを構成してもよい。図１２は第１調節可能閉じ込めリング１２０４、第２調節可能閉じ込めリング１２０８、第３調節可能閉じ込めリング１２１２、および閉じ込めブロック１２１６の部分を示す。第１ハンガー１２２０はコントローラ１２２４から懸架される。閉じ込めブロック１２１６は第１ハンガー１２２０から懸架される。第２ハンガー１２２８、第３ハンガー１２３２、および第４ハンガー１２３６は閉じ込めブロック１２１６から懸架される。第２ハンガー１２２８は、第３調節可能閉じ込めリング１２１２を支持する。第３ハンガー１２３２は、第２調節可能閉じ込めリング１２０８を支持する。第４ハンガー１２３６は、第１調節可能閉じ込めリング１２０４を支持する。第２、第３、および第４ハンガーは前の実施形態で説明されたように、第１、第２、および第３調節可能閉じ込めリングが、それらが最も低い点に到達したときに動きが止まるようにする。
【００２７】
さらに別の実施形態において、閉じ込めリングの断面構造は複雑でありえる。図１３は第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の部分を示す。ホルダ１３４０は、第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６を支持するために用いられえる。コントローラ１３４２はホルダ１３４０に接続されホルダ１３４０の動きを制御し、よって第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の動きを調節する。ホルダ１３４０は、それぞれの段差で閉じ込めリングまたはブロックが留まるように段差がつけられている。この段差は閉じ込めリングおよびブロック間の最大ギャップ間隔を定義する。第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリングはスペーサ１３３８に固定されていて、これらは隣接する閉じ込めリング間の最小ギャップ間隔を定義する。閉じ込めリング１３３０、１３３２、１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の噛み合い表面は平面ではなく、最大ギャップ間隔においてもギャップが「光学的に密」であるような「断面構造」を採用することで直線状の視線ができないようにしている。これは帯電粒子がギャップを通って閉じ込めリングの外の空間へとプラズマから流れ出ることを最小化することによって、プラズマの閉じ込めを改善するはたらきをする。図１３は、この「断面構造」のある実施形態を示し、この断面構造は、それぞれの噛み合い表面において最大ギャップ間隔の半分より大きい垂直オフセット１３４４を備える。それぞれの噛み合い表面上のこのオフセットは、半径方向にずらされており、これによりそれぞれの噛み合い表面が隣接するものの近傍に位置するようになっている。
【００２８】
本発明はいくつかの実施形態によって説明されてきたが、改変物、組み合わせ、および代替の等価物が存在し、これらも本発明の範囲にある。また本発明の方法および装置を実現する多くの代替方法が存在することに注意されたい。したがって以下の添付の特許請求の範囲はすべてのそのような改変物、組み合わせ、および代替の等価物が本発明の真の精神および範囲に含まれるように解釈されるべきだと意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１００…プラズマ処理室
１０２…リング
１０４…下部電極
１０６…基板
１０６…空間
１０８…ＲＦ電源
１１０…リアクタ上部
１１２…上部電極
１１４…エッチング用ガス源
１１６…プラズマ空間
１１６…空間
１２０…排気口
１２０４…リング
１２０８…リング
１２１２…リング
１２１６…ブロック
１２２０…第１ハンガー
１２２４…コントローラ
１２２８…第２ハンガー
１２３２…第３ハンガー
１２３６…第４ハンガー
１３３０…リング
１３３２…リング
１３３４…リング
１３３６…ブロック
１３３８…スペーサ
１３４０…ホルダ
１３４２…コントローラ
１３４４…垂直オフセット
２００…プラズマ処理室
２００…処理室
２０４…チャック
２０４…下部電極
２０６…基板
２１２…リアクタ上部
２１２…上部
２１４…下部
２１６…室壁
２１８…下部電極ハウジング
２２４…上部電極
２３０…リング
２３２…リング
２３４…リング
２３６…スペーサ
２３６…ブロック
２３６…リング
２３８…スペーサ
２４０…ホルダ
２４２…コントローラ
２５０…エッチング用ガス源
２５２…ＲＦ電源
２５２…圧力センサ
２６０…排気口
２６２…圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ベースのデバイスの製造のための処理装置に関する。より具体的には本発明は、プラズマ処理室においてプラズマの圧力を閉じ込め、制御する改良された技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ベースのデバイス（例えば、集積回路またはフラットパネルディスプレイ）の製造においては、材料の層群が交互に基板表面（例えば半導体ウエハまたはガラス基板）に堆積され、エッチングされる。この技術分野で知られるように、堆積された層のエッチングは、プラズマエンハンスト・エッチングを含むさまざまな技術によって達成されえる。プラズマエンハンスト・エッチングにおいては、基板上に堆積された層のエッチングはプラズマ処理室内で行われる。エッチング中、適切なエッチング用ガス源からプラズマが形成され、マスクによって保護されていない基板上の堆積層の領域をエッチングをし、それにより所望のパターンが後に残る。
【０００３】
プラズマエッチングシステムの異なるタイプの中で、プラズマを基板の直上の空間に閉じ込める方法を利用するものは、効率的な製造および／またはますます小さくなる微小寸法を基板上に形成するのに非常に適していることがわかってきた。そのようなシステムの例は、共通に譲渡された米国特許第５，５３４，７５１号に挙げられており、それはここで参照によって援用される。プラズマ閉じ込めはプラズマ処理システムの性能を大きく改善するが、現在の実現例はさらに改善されえる。特に閉じ込められたプラズマの圧力の制御、および基板搬送のためのプラズマ処理空間へのアクセス容易性についてはまだ改善がなされえる。
【０００４】
議論を進めるために図１(Ａ)は、現在実現されている閉じ込めリング１０２を含む例示的なプラズマ処理室１００を示す。プラズマ処理室１００の中には、基板１０６が下部電極１０４上に位置する。下部電極１０４は、基板１０６を保持するための適切な基板チャッキング機構（例えば静電的、機械的なクランプなど）を備える。リアクタ上部１１０は、下部電極１０４に直接に対向して配置された上部電極１１２を備える。上部電極１１２、下部電極１０４、および閉じ込めリング１０２は、閉じ込めプラズマ空間１１６を定義する。ガスがエッチング用ガス源１１４によって閉じ込めプラズマ空間１１６に供給され、閉じ込めリング１０２および排気口１２０を通して真空ポンプによって閉じ込めプラズマ空間１１６から排気される。閉じ込めプラズマ空間内に実現された流れるガスおよび適切な圧力ガスを用いて、ＲＦ電力をＲＦ電源１０８によって下部電極に印加し、上部電極１１２をグラウンドに落とすことによってプラズマがこの空間に形成される。あるいはこの技術分野でよく知られるように、ＲＦ電力を下部電極１０４および上部電極１１２の両方に印加し、または下部電極１０４をグラウンドに落とし、ＲＦ電力を上部電極１１２に印加することによって、プラズマは形成されえる。
【０００５】
閉じ込めリング１０２は、プラズマを空間１０６に閉じ込め、かつプラズマの圧力を制御するようにはたらく。プラズマを空間１１６に閉じ込めることは、ＲＦ電力のレベルおよび周波数とともに、閉じ込めリング１０２間の間隔と、閉じ込めリングの外、およびプラズマ内の空間における圧力と、ガスの種類および流量とを含む多くのファクタの関数である。効率的にプラズマを閉じ込めるために、閉じ込めリング１０２の外の圧力は、できるだけ低く、好ましくは３０ミリトール未満であるべきである。もし閉じ込めリング１０２の間の間隔が非常に小さいなら、プラズマの閉じ込めはより簡単に実現できる。典型的には０．１５インチ以下の間隔が閉じ込めには必要とされる。しかし閉じ込めリングの間隔はプラズマの圧力をも決定し、間隔は最適な処理性能に必要な圧力を実現しながらもプラズマを維持できるように調節されえることが望ましい。
【０００６】
「プラズマ処理室内の閉じ込めリングを位置づけるカム・ベースの構成」と題され、Ｅｒｉｃ Ｈ． Ｌｅｎｚによる２０００年２月１日に発行された共通に譲渡された、参照によって援用される米国特許第６，０１９，０６０号は、閉じ込めリングにわたる圧力降下が１／（Ｘ2＋Ｙ2＋Ｚ2）という式にほぼ比例することを教示した。ここでＸ、ＹおよびＺは図１(B)に示す閉じ込めリング間の距離である。Ｌｅｎｚは単一の可動リングおよび静止リング（図１(B)においてＸ＝一定、Ｙ＋Ｚ＝一定）を提供する。単一の可動閉じ込めリングを動かすことで、距離ＹおよびＺを調節することによって、Ｌｅｎｚに教示されるように、プラズマ圧力制御範囲が得られる。さまざまな固定ギャップＸの単一リングを動かすことによって上述のように得られる式によって予測される相対的圧力を図２は示す。この式は、図２に示されるように６７〜１００％の制御範囲が得られ、一方で、実験によれば達成可能な範囲はほぼこれらの値の半分であることを予測する。同一の処理システム内において最適な処理結果をさまざまな種類のフィルムおよびデバイスについて達成するためには、多くの場合、より広いプラズマ圧力リングが必要とされる。
【０００７】
さらにＬｅｎｚによって教示される方法においては、閉じ込めリング１０２は上部および下部電極機構の間に制限されており、よって基板のロードおよびアンロードのための電極間スペースへのアクセスが制限されえる。図１(C)に示されるように、その最も上の位置まで上げられた閉じ込めリング１０２をもってしても、電極間スペースへのアクセスはギャップＷに制限され、これは総電極間スペースから閉じ込めリングの厚さの合計を減じたものである。
【０００８】
プラズマ閉じ込めを維持しながらも、圧力制御の範囲が大きくすることが望ましい。またプラズマ処理システムから基板を置いたり、取り除いたりすることを大きく促進する閉じ込めリングを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
上述の、および他の目的を達成するための、本発明の目的に基づいたプラズマ処理デバイスが提供される。
【００１０】
真空チャンバに流体的に接続された排気口および真空ポンプ、および真空チャンバに流体的に接続されたガス源が提供される。真空チャンバ内に、５００％よりも大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供するウエハ領域圧力制御デバイスが配置される。
【００１１】
さらに本発明はウエハ領域圧力を制御する方法を提供する。一般に基板は真空チャンバ内に置かれる。ガス源が真空チャンバに提供される。ガスはまた真空チャンバから排気もされる。少なくとも一つのリングが移動することによって、５００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲が提供される。
【００１２】
本発明のこれらや他の特徴は以下の本発明の詳細な説明において以下の図面とともに詳細に説明される。
【００１３】
本発明は添付の図面の図において限定ではなく、例示によって示されており、同様の参照番号は同様の要素を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術によるプラズマ処理室の概略図である。
【図２】従来技術によって達成される相対圧力を示すグラフである。
【図３】本発明のある実施形態によるプラズマ処理室の概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態の動作のフローチャートである。
【図５】閉じ込めリングが最も上の位置にあるときの図３に示されるプラズマ処理室の断面の概略図である。
【図６】閉じ込めリングが下げられたときの図５に示されるプラズマ処理室の断面の概略図である。
【図７】閉じ込めリングがさらに下げられ、最も低いギャップがその最小値まで低減されたときの図６に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図８】閉じ込めリングがさらに下げられ、中間ギャップがその最小値まで低減されたときの図７に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図９】閉じ込めリングがさらに下げられ、最も高いギャップがその最小値まで低減されたときの図８に示されるプラズマ処理室の概略図である。
【図１０】ギャップサイズの和についての圧力のグラフである。
【図１１】最小ギャップサイズのさまざまな値が与えられたときのギャップサイズの和についての圧力のグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態によるプラズマ処理室の概略図である。
【図１３】本発明の他の実施形態の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面に示されるようないくつかの好ましい実施形態を参照しながら、本発明はここで詳細に説明される。本発明の完全なる理解のために以下の記載では多くの詳細が述べられる。しかし当業者には明らかなように、本発明はいくつかの、または全てのこれらの特定の詳細事項なしでも実施可能である。あるいは、よく知られたプロセスステップおよび／または構造が詳細には説明されていないかもしれないが、それは本発明の趣旨を不必要にぼかさないためである。
【００１６】
議論を進めるために、図３はプラズマ処理室２００の断面図である。処理室は上部２１２および下部２１４、および上部２１２から下部２１４に延びる室壁２１６を有する。室壁の一方の側から片側保持された下部電極ハウジング２１８には、固定されたチャック２０４があり、これは基板２０６がエッチング中に配置されるワークピースホルダである。チャック２０４は、例えば静電、機械的クランピング、真空などの適切なチャッキング技術によって実現されえる。ＲＦ電源２５２はチャック２０４に電気的に接続されえる。リアクタ上部２１２は上部電極２２４を支持し、ＲＦ電源に電気的に接続されえる。第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング、および閉じ込めブロック２３６を備える閉じ込め機構は、処理室２００内に配置される。ホルダ２４０は、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６を支持するために用いられえる。ホルダ２４０に接続されたコントローラ２４２は、ホルダ２４０の動きを制御し、よって第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２、第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６の動きを制御する。好ましい実施形態においては、ホルダ２４０は、それぞれの段差において閉じ込めリングまたはブロックが留まるように段差が設けられている。この段差は、本発明の好ましい実施形態においては０．０９から０．１５インチ（２．２８から３．８１ｍｍ）の間である、閉じ込めリングおよびブロックの最大ギャップ間隔を与える。第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４はそれぞれ、スペーサ２３８で固定されており、これはそれぞれの閉じ込めリングおよびブロックの間の最小ギャップを固定する。この実施形態においてスペーサは、０．００５から０．０６０インチ（０．１３から１．５２ｍｍ）の間の最小ギャップを与えるサイズである。エッチング用ガス源２５０はガスを処理室へ送る。圧力センサ２６２は基板２０６上の空間の圧力、つまり「ウエハ領域圧力」、略称「ＷＡＰ」を測定する。処理室２００は排気口２６０を有する。
【００１７】
この実施形態の動作中には、コントローラ２４２はホルダ２４０を、図３に示され、詳細が図５に示されるその最も高い位置まで上げる。そのような位置では、閉じ込めリング２３０の下面およびチャック２０４の面の間のギャップが、最低でも基板２０６がチャック２０４上にロボットで配置できるのにじゅうぶんなサイズになるような高さまで、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６が持ち上げられる。好ましい実施形態においては、このギャップは０．５インチ（１２ｍｍ）のオーダーである。
【００１８】
図４は本発明の好ましい実施形態の動作のフローチャートである。動作中、ホルダは第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６を図５に示される位置に持ち上げる（ステップ３０２）。基板２０６をチャック２０４上に置くためにはロボット機構が用いられえる（ステップ３０４）。コントローラ２４２はホルダ２４０をウエハ領域圧力制御開始点に降ろす（ステップ３０６）。ウエハ領域圧力制御開始点は、処理中にじゅうぶんな閉じ込めを維持しながら最小の圧力降下を可能にする、第１調節可能閉じ込めリング２３０、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４、および閉じ込めブロック２３６の位置でありえる。この実施形態においては、ウエハ領域圧力制御開始点は、第１調節可能閉じ込めリング２３０が図６に示すように下部電極ハウジング２１８上に留まることを始めるときでありえる。そしてエッチング用ガスフローが開始され（ステップ３０８）、圧力センサ２５２によって測定されるウエハ領域内の圧力が所望のセットポイント値と比較される（ステップ３１０）。もしウエハ領域圧力が増加されなければならないなら（ステップ３１２）、コントローラ２４２はさらにホルダ２４０を降ろす（ステップ３１６）。図７は、第２閉じ込めリング２３２が第１閉じ込めリング２３０のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０が下げられた処理室２００を示す。図８は、第３閉じ込めリング２３４が第２閉じ込めリング２３２のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０がさらに下げられた処理室２００を示す。図９は、第３閉じ込めリング２３６が第３閉じ込めリング２３４のスペーサ２３８上に留まる点までホルダ２４０がさらに下げられた処理室２００を示す。これが最も低いウエハ領域制御位置で、ホルダ２４０はこれ以上は下げられることはない。
【００１９】
もしウエハ領域圧力が減少されなければならないなら、コントローラ２４２はホルダ２４０を上げる（ステップ３１４）。いったんホルダ２４０が図６に示す最も高いウエハ領域圧力制御位置に到達すると、ウエハ領域圧力制御段階中にホルダ２４０はこれ以上、上げられることはない。いったんウエハ領域圧力が所望のセットポイント値に等しくなると、プラズマが発生される（ステップ３１８）。ウエハ領域圧力は再びセットポイントと比較され（ステップ３２０）、ホルダ２４０を上げるか、または下げるかすることで閉じ込めリングの位置が調節され（ステップ３２２、３２４、３２６）、プラズマ処理が終了したとみなされるまで所望の圧力を達成し、かつ維持する（ステップ３３０）。終了とみなされるとホルダ２４０はその最も高い位置まで上げられ（ステップ３３２）、ロボット機構を用いて基板が取り出され（ステップ３３４）、処理が繰り返されえる。
【００２０】
好ましい実施形態においては、ホルダ２４０が図６に示されるその最も高い制御位置から、図９に示される最も低い制御位置まで下げられるとき、閉じ込めリングにわたる圧力降下の変化は３００〜８００％変わりえる。ウエハ領域圧力を増やすためにホルダが下方に動かされ、ウエハ領域圧力を減らすためにホルダが上方に動かされるように、圧力降下の変化が与えられる。図９に示されるように、閉じ込めブロック２３６の上部が上部電極２２４の最下部よりも上に位置し、それにより閉じ込めブロック２３６の上部をすり抜けてウエハ領域から漏れ出ることを防止するように、閉じ込めブロック２３６は、じゅうぶんな厚さを持つ。
【００２１】
この実施形態で用いることができる寸法の例として、閉じ込めブロック２３６と、閉じ込めブロック２３６によって囲まれた上部電極２２４との間のギャップは、０．０１２５から０．０５００インチ（０．３２から１．２７ｍｍ）の間でありえる。より好ましくは、ギャップは約０．０２５インチ（０．６３ｍｍ）である。第１、第２、および第３調節可能閉じ込めリング２３０、２３２、２３４の厚さは、０．０４５から０．１８０インチ（１．１４から４．５７ｍｍ）の間である。より好ましくはこの厚さは約０．０９インチ（２．２９ｍｍ）である。上部電極２２４および下部電極２０４の間の距離は、０．４から３．０インチ（１０ｍｍから７６．２ｍｍ）の範囲でありえる。より好ましくはこの距離は約０．６インチ（１５ｍｍ）である。
【００２２】
図１０は、第１調節可能閉じ込めリング２３０および第２調節可能閉じ込めリング２３２間、第２調節可能閉じ込めリング２３２および第３調節可能閉じ込めリング２３４間、および第３調節可能閉じ込めリング２３４および閉じ込めブロック２３６間のギャップ距離の和についてのウエハ領域圧力のグラフである。この例では、３００立方センチメートル毎分（標準状態換算）（ｓｃｃｍ）のアルゴンが処理室２００に供給されるときに圧力が測定されている。四角形のデータ点９０２はウエハ領域圧力を示し、これは閉じ込めリング内の圧力である。菱形のデータ点９０４は処理室２００の圧力を示す。部分（Ｉ）は閉じ込めリングが図６に示される位置から図７に示される位置に動くことに対応する。部分（ＩＩ）は閉じ込めリングが図７に示される位置から図８に示される位置に動くことに対応する。部分（ＩＩＩ）は閉じ込めリングが図８に示される位置から図９に示される位置に動くことに対応する。
【００２３】
図１１は、図１０の部分（ＩＩ）および（ＩＩＩ）に対応する、単位がインチのギャップ距離の和についてのウエハ領域圧力のグラフであるが、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離の異なる値についてのグラフである。曲線（ａ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチである。曲線（ｂ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３０インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．００７インチである。曲線（ｃ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３０インチである。曲線（ｄ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０３８インチである。曲線（ｅ）において、スペーサ２３６によって設定される最小ギャップ距離は、第１（２３０）および第２（２３２）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０６２インチであり、第２（２３２）および第３（２３４）調節可能閉じ込めリング間のギャップが０．０６２インチである。図１１のグラフから、圧力制御範囲および圧力制御の傾きは、異なるスペーサ２３６を用いて最小ギャップ距離を変化させることによって変化させられることがわかる。
【００２４】
ホルダは、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの上方向および下方向への動きを、一つ以上のコントローラが提供できるようにするいかなる装置でもよく、ここで持ち上げられた位置において閉じ込めリングおよび閉じ込めブロック間の最大ギャップをホルダは維持し、下げられた位置においてホルダは閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックが最小ギャップを形成することを可能にする。好ましくは、ホルダはギャップが最小になるまであるギャップを一度に減少させることができる。いったんギャップが最小になると、他のギャップが減少する。図５のホルダ２４０はハンガー型であり、これはホルダ２４０がコントローラ２４２の下であるからである。別の実施形態においては、ホルダ２４０はコントローラ２４２の上になるように構成されえて、このときはホルダ２４０はプラットホーム型である。
【００２５】
３つの閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックは好ましい実施形態において示されたが、他の多くの閉じ込めリングおよびブロックが用いられえる。このましい実施形態においては、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの数および間隔は、最も高い位置において、最も低い閉じ込めリングの少なくとも一部が上部電極の最も低い部分よりも上にあり、ウエハ領域圧力制御初期位置においては、最も低い閉じ込めリングは下部電極と同一表面を成す表面上に留まり、閉じ込めリングおよび閉じ込めブロックの一部は上部電極よりも下にある。この実施形態は、堆積されたポリマーフィルムの蓄積を起こしえるよどみ点を防ぐのに役立つ。
【００２６】
他の実施形態においてホルダは、それぞれが異なる閉じ込めリングを懸架する複数のハンガーを構成してもよい。図１２は第１調節可能閉じ込めリング１２０４、第２調節可能閉じ込めリング１２０８、第３調節可能閉じ込めリング１２１２、および閉じ込めブロック１２１６の部分を示す。第１ハンガー１２２０はコントローラ１２２４から懸架される。閉じ込めブロック１２１６は第１ハンガー１２２０から懸架される。第２ハンガー１２２８、第３ハンガー１２３２、および第４ハンガー１２３６は閉じ込めブロック１２１６から懸架される。第２ハンガー１２２８は、第３調節可能閉じ込めリング１２１２を支持する。第３ハンガー１２３２は、第２調節可能閉じ込めリング１２０８を支持する。第４ハンガー１２３６は、第１調節可能閉じ込めリング１２０４を支持する。第２、第３、および第４ハンガーは前の実施形態で説明されたように、第１、第２、および第３調節可能閉じ込めリングが、それらが最も低い点に到達したときに動きが止まるようにする。
【００２７】
さらに別の実施形態において、閉じ込めリングの断面構造は複雑でありえる。図１３は第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の部分を示す。ホルダ１３４０は、第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６を支持するために用いられえる。コントローラ１３４２はホルダ１３４０に接続されホルダ１３４０の動きを制御し、よって第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリング１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の動きを調節する。ホルダ１３４０は、それぞれの段差で閉じ込めリングまたはブロックが留まるように段差がつけられている。この段差は閉じ込めリングおよびブロック間の最大ギャップ間隔を定義する。第１調節可能閉じ込めリング１３３０、第２調節可能閉じ込めリング１３３２、第３調節可能閉じ込めリングはスペーサ１３３８に固定されていて、これらは隣接する閉じ込めリング間の最小ギャップ間隔を定義する。閉じ込めリング１３３０、１３３２、１３３４、および閉じ込めブロック１３３６の噛み合い表面は平面ではなく、最大ギャップ間隔においてもギャップが「光学的に密」であるような「断面構造」を採用することで直線状の視線ができないようにしている。これは帯電粒子がギャップを通って閉じ込めリングの外の空間へとプラズマから流れ出ることを最小化することによって、プラズマの閉じ込めを改善するはたらきをする。図１３は、この「断面構造」のある実施形態を示し、この断面構造は、それぞれの噛み合い表面において最大ギャップ間隔の半分より大きい垂直オフセット１３４４を備える。それぞれの噛み合い表面上のこのオフセットは、半径方向にずらされており、これによりそれぞれの噛み合い表面が隣接するものの近傍に位置するようになっている。
【００２８】
本発明はいくつかの実施形態によって説明されてきたが、改変物、組み合わせ、および代替の等価物が存在し、これらも本発明の範囲にある。また本発明の方法および装置を実現する多くの代替方法が存在することに注意されたい。したがって以下の添付の特許請求の範囲はすべてのそのような改変物、組み合わせ、および代替の等価物が本発明の真の精神および範囲に含まれるように解釈されるべきだと意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１００…プラズマ処理室
１０２…リング
１０４…下部電極
１０６…基板
１０６…空間
１０８…ＲＦ電源
１１０…リアクタ上部
１１２…上部電極
１１４…エッチング用ガス源
１１６…プラズマ空間
１１６…空間
１２０…排気口
１２０４…リング
１２０８…リング
１２１２…リング
１２１６…ブロック
１２２０…第１ハンガー
１２２４…コントローラ
１２２８…第２ハンガー
１２３２…第３ハンガー
１２３６…第４ハンガー
１３３０…リング
１３３２…リング
１３３４…リング
１３３６…ブロック
１３３８…スペーサ
１３４０…ホルダ
１３４２…コントローラ
１３４４…垂直オフセット
２００…プラズマ処理室
２００…処理室
２０４…チャック
２０４…下部電極
２０６…基板
２１２…リアクタ上部
２１２…上部
２１４…下部
２１６…室壁
２１８…下部電極ハウジング
２２４…上部電極
２３０…リング
２３２…リング
２３４…リング
２３６…スペーサ
２３６…ブロック
２３６…リング
２３８…スペーサ
２４０…ホルダ
２４２…コントローラ
２５０…エッチング用ガス源
２５２…ＲＦ電源
２５２…圧力センサ
２６０…排気口
２６２…圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を制御する装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバと流体的に結合されている排気口と、
前記真空チャンバと流体的に結合されているガス源と、
ウエハ領域圧力制御装置とを備え、前記ウエハ領域圧力制御装置は、
前記真空チャンバ内の第１調節可能閉じ込めリングと、
前記真空チャンバ内の第２調節可能閉じ込めリングと、
前記真空チャンバ内の調節可能閉じ込めブロックと、
前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを上げ下げするコントローラと、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ウエハ領域圧力制御装置は、前記コントローラと、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックとの間に接続された少なくとも一つのホルダをさらに備える装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを動かす装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、上部電極をさらに備え、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックの少なくとも一部を前記上部電極の下部表面の上の位置に動かすことができる装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリングが前記基板のそれと同じまたは下の平面上の表面に留まるように動かすことができる装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記第１調節可能閉じ込めリングおよび前記第２調節可能閉じ込めリング間のスペーサをさらに備える装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第２調節可能閉じ込めリングを前記第１閉じ込めリングから離れた位置から、前記第２調節可能閉じ込めリングが前記第１調節可能閉じ込めリング上に前記スペーサを挟んで留まる位置へと動かすことができる装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記ウエハ領域圧力制御装置は、前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間に位置し、前記ホルダに接続された第３調節可能閉じ込めリングをさらに備える装置。
【請求項９】
圧力を制御する装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバと流体的に結合されている排気口と、
前記真空チャンバと流体的に結合されているガス源と、
ウエハ領域圧力制御装置とを備え、前記ウエハ領域圧力制御装置は、
少なくとも一つのリングと、
前記少なくとも一つのリングに隣接する複数のギャップと、
前記少なくとも一つのリングを動かして前記複数のギャップの領域を減少させるコントローラと、
を備える装置。
【請求項１０】
ウエハ領域圧力を制御する方法であって、
基板を真空チャンバに置くことと、
前記真空チャンバにガス源を供給することと、
前記真空チャンバからガスを排気させることと、
少なくとも一つのリングを動かして、１００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供することとを備える方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、
第１調節可能閉じ込めリング、第２調節可能閉じ込めリング、および調節可能閉じ込めブロックを、前記第１調節可能閉じ込めリングが前記真空チャンバの底に留まるウエハ領域圧力制御開始点に下げることであって、
前記第２調節可能閉じ込めリングは、前記第１調節可能閉じ込めリングおよび前記第２調節可能閉じ込めリング間の最大距離だけ前記第１調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記閉じ込めブロックは、前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間の最大距離だけ前記第２調節可能閉じ込めリングから離れている、
第１調節可能閉じ込めリング、第２調節可能閉じ込めリング、および調節可能閉じ込めブロックを下げることと、
前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを、前記第２調節可能閉じ込めリングが前記第１調節可能閉じ込めリング上に留まり、前記第１調節可能閉じ込めリングからスペーサによって距離をおかれるまで下げることであって、
前記閉じ込めブロックは前記第２調節可能閉じ込めリングから前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間の前記最大距離だけ離れている、
前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを下げることと、
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、前記閉じ込めブロックが前記第２調節可能閉じ込めリング上に留まるように前記閉じ込めブロックを下げることをさらに備える方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記閉じ込めブロックを下げることは、
前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロック間の第３調節可能閉じ込めリングをさらに下げ、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記第２調節可能閉じ込めリングから離す最大距離だけ、前記第２調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記閉じ込めブロックは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す最大距離だけ、前記第３調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロックを下げることは、前記第３調節可能閉じ込めリングをさらに下げ、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す最大距離だけ、前記閉じ込めブロックから離れており、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記第２調節可能閉じ込めリングから離す最大距離だけ、前記第２調節可能閉じ込めリングから離れている方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記第３調節可能閉じ込めリングが前記第２調節可能閉じ込めリング上に留まり、前記第２調節可能閉じ込めリングとスペーサによって分離されるまで、前記第３調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロックを下げることさらに備え、
前記閉じ込めブロックは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す前記最大距離だけ、前記第３調節可能閉じ込めリングから離れている方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、前記閉じ込めブロックを、前記閉じ込めブロックが前記第３調節可能閉じ込めリング上に留まるまで下げることをさらに備える方法。
【請求項１】
圧力を制御する装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバと流体的に結合されている排気口と、
前記真空チャンバと流体的に結合されているガス源と、
ウエハ領域圧力制御装置とを備え、前記ウエハ領域圧力制御装置は、
前記真空チャンバ内の第１調節可能閉じ込めリングと、
前記真空チャンバ内の第２調節可能閉じ込めリングと、
前記真空チャンバ内の調節可能閉じ込めブロックと、
前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを上げ下げするコントローラと、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ウエハ領域圧力制御装置は、前記コントローラと、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックとの間に接続された少なくとも一つのホルダをさらに備える装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを動かす装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、上部電極をさらに備え、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックの少なくとも一部を前記上部電極の下部表面の上の位置に動かすことができる装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第１調節可能閉じ込めリングが前記基板のそれと同じまたは下の平面上の表面に留まるように動かすことができる装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記第１調節可能閉じ込めリングおよび前記第２調節可能閉じ込めリング間のスペーサをさらに備える装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記少なくとも一つのホルダは、前記第２調節可能閉じ込めリングを前記第１閉じ込めリングから離れた位置から、前記第２調節可能閉じ込めリングが前記第１調節可能閉じ込めリング上に前記スペーサを挟んで留まる位置へと動かすことができる装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記ウエハ領域圧力制御装置は、前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間に位置し、前記ホルダに接続された第３調節可能閉じ込めリングをさらに備える装置。
【請求項９】
圧力を制御する装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバと流体的に結合されている排気口と、
前記真空チャンバと流体的に結合されているガス源と、
ウエハ領域圧力制御装置とを備え、前記ウエハ領域圧力制御装置は、
少なくとも一つのリングと、
前記少なくとも一つのリングに隣接する複数のギャップと、
前記少なくとも一つのリングを動かして前記複数のギャップの領域を減少させるコントローラと、
を備える装置。
【請求項１０】
ウエハ領域圧力を制御する方法であって、
基板を真空チャンバに置くことと、
前記真空チャンバにガス源を供給することと、
前記真空チャンバからガスを排気させることと、
少なくとも一つのリングを動かして、１００％より大きいウエハ領域圧力制御範囲を提供することとを備える方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、
第１調節可能閉じ込めリング、第２調節可能閉じ込めリング、および調節可能閉じ込めブロックを、前記第１調節可能閉じ込めリングが前記真空チャンバの底に留まるウエハ領域圧力制御開始点に下げることであって、
前記第２調節可能閉じ込めリングは、前記第１調節可能閉じ込めリングおよび前記第２調節可能閉じ込めリング間の最大距離だけ前記第１調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記閉じ込めブロックは、前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間の最大距離だけ前記第２調節可能閉じ込めリングから離れている、
第１調節可能閉じ込めリング、第２調節可能閉じ込めリング、および調節可能閉じ込めブロックを下げることと、
前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを、前記第２調節可能閉じ込めリングが前記第１調節可能閉じ込めリング上に留まり、前記第１調節可能閉じ込めリングからスペーサによって距離をおかれるまで下げることであって、
前記閉じ込めブロックは前記第２調節可能閉じ込めリングから前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記調節可能閉じ込めブロック間の前記最大距離だけ離れている、
前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記調節可能閉じ込めブロックを下げることと、
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、前記閉じ込めブロックが前記第２調節可能閉じ込めリング上に留まるように前記閉じ込めブロックを下げることをさらに備える方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１調節可能閉じ込めリング、前記第２調節可能閉じ込めリング、および前記閉じ込めブロックを下げることは、
前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロック間の第３調節可能閉じ込めリングをさらに下げ、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記第２調節可能閉じ込めリングから離す最大距離だけ、前記第２調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記閉じ込めブロックは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す最大距離だけ、前記第３調節可能閉じ込めリングから離れており、
前記第２調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロックを下げることは、前記第３調節可能閉じ込めリングをさらに下げ、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す最大距離だけ、前記閉じ込めブロックから離れており、
前記第３調節可能閉じ込めリングは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記第２調節可能閉じ込めリングから離す最大距離だけ、前記第２調節可能閉じ込めリングから離れている方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記第３調節可能閉じ込めリングが前記第２調節可能閉じ込めリング上に留まり、前記第２調節可能閉じ込めリングとスペーサによって分離されるまで、前記第３調節可能閉じ込めリングおよび前記閉じ込めブロックを下げることさらに備え、
前記閉じ込めブロックは、前記第３調節可能閉じ込めリングを前記閉じ込めブロックから離す前記最大距離だけ、前記第３調節可能閉じ込めリングから離れている方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記少なくとも一つのリングを動かすことは、前記閉じ込めブロックを、前記閉じ込めブロックが前記第３調節可能閉じ込めリング上に留まるまで下げることをさらに備える方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７８６１４（Ｐ２０１２−１７８６１４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１３５６３９（Ｐ２０１２−１３５６３９）
【出願日】平成２４年６月１５日（２０１２．６．１５）
【分割の表示】特願２００２−５３３３３５（Ｐ２００２−５３３３３５）の分割
【原出願日】平成１３年９月２６日（２００１．９．２６）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３５６３９（Ｐ２０１２−１３５６３９）
【出願日】平成２４年６月１５日（２０１２．６．１５）
【分割の表示】特願２００２−５３３３３５（Ｐ２００２−５３３３３５）の分割
【原出願日】平成１３年９月２６日（２００１．９．２６）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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