特許 5872291 プラズマ処理システム及びプラズマ処理チャンバ内の圧力を制御する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5872291

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】プラズマ処理システム及びプラズマ処理チャンバ内の圧力を制御する方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20160216BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-542362(P2011-542362)

(86)(22)【出願日】2009年12月16日

(65)【公表番号】特表2012-513093(P2012-513093A)

(43)【公表日】2012年6月7日

(86)【国際出願番号】US2009068183

(87)【国際公開番号】WO2010080420

(87)【国際公開日】20100715

【審査請求日】2012年12月14日

(31)【優先権主張番号】61/139,481

(32)【優先日】2008年12月19日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】12/368,843

(32)【優先日】2009年2月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フィッシャー・アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ハドソン・エリック

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０５５３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／００１８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１１９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３２６３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２４１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するように構成されるプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムであって、
前記基板を処理するための接地されている上部電極と駆動される下部電極とであって、プラズマ処理の際に前記基板が前記下部電極上に載置され、前記上部電極と前記基板とにより第１のギャップが形成される、上部電極と下部電極とを少なくとも備え、さらに、
前記上部電極の周囲に機械的に連結され、接地されており、前記上部電極と同一平面上にならないように構成される上部電極周縁外延部(UE-PE)と、
前記下部電極を同心円状に囲む石英で構成されるカバーリングであって、前記UE-PEの下面と前記カバーリングの上面とにより第２のギャップが形成される、カバーリングと、を備え、
前記上部電極と前記下部電極のいずれか１つが、前記下部電極の平面と垂直な方向に移動可能であり、
前記第２のギャップが前記第１のギャップよりも小さく、
少なくとも第１と第２の動作配置が実現され、
前記第１の動作配置において、前記第２のギャップはプラズマ持続に十分な大きさではなく、前記第１のギャップはプラズマ持続に十分な大きさであり、前記第１の動作配置は前記第１のギャップにおいてプラズマを有し前記第２のギャップにおいてプラズマを有さず、
前記第２の動作配置における前記第２のギャップは前記第１の動作配置における前記第２のギャップより大きく、前記第２の動作配置は前記第１のギャップと前記第２のギャップの両方においてプラズマを有し、
前記第１の動作配置は、駆動電極領域のＲＦ有効結合面積に対する接地電極領域のＲＦ有効結合面積の比である第１のＲＦ結合面積比を有し、前記第２の動作配置は、前記駆動電極領域のＲＦ有効結合面積に対する前記接地電極領域のＲＦ有効結合面積の比である第２のＲＦ結合面積比であって、前記第１のＲＦ結合面積比より大きい第２のＲＦ結合面積比を有するように、前記上部電極を前記下部電極に対する相対位置に配しつつ、前記上部電極と前記下部電極の相対位置を変化させることができる、プラズマ処理システム。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、一体のユニットとして形成される、プラズマ処理システム。

【請求項3】

請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、複数の構成要素から形成される、プラズマ処理システム。

【請求項4】

請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記処理の排ガスを排出するためのバイパスキャビティを備えるバイパス・リングアセンブリを備える、プラズマ処理システム。

【請求項5】

請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記上部電極と前記下部電極で挟まれた領域を囲む複数の閉じ込めリングを含む閉じ込めリング群であって、前記複数の閉じ込めリングのギャップを調整することにより、前記上部電極と前記下部電極で挟まれ前記閉じ込めリングに囲まれた領域の圧力を制御することができる閉じ込めリング群を備える、プラズマ処理システム。

【請求項6】

請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
さらに、前記処理により生成される排ガスの少なくとも一部を排気するためのバイパス・キャビティを有するバイパス・リングを備える、プラズマ処理システム。

【請求項7】

プラズマ処理チャンバ内の圧力を制御する方法であって、
基板を処理する接地されている上部電極と駆動される下部電極であって、プラズマ処理の際に前記基板が前記下部電極上に載置され、前記上部電極と前記基板とにより第１のギャップが形成される、上部電極と下部電極とを少なくとも提供する工程と、
前記上部電極の周囲に機械的に連結され、接地されており、前記上部電極と同一平面上にならないように構成される上部電極周縁外延部(UE-PE)を提供する工程と、
前記下部電極を囲む石英で構成されるカバーリングであって、前記UE-PEの下面と前記カバーリングの上面とにより第２のギャップが形成される、カバーリングを提供する工程と、
前記基板を処理するために、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させる工程と、
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力を制御するために、前記第２のギャップと前記第１のギャップとを同時に調節する工程と、を備え、
前記調節する工程が、
前記第２のギャップの高さを変えるために、前記上部電極と前記下部電極の一方を、前記下部電極の平面に垂直な方向に動かし、
少なくとも第１と第２の動作配置が実現され、
前記第１の動作配置において、前記第２のギャップはプラズマ持続に十分な大きさではなく、前記第１のギャップはプラズマ持続に十分な大きさであり、前記第１の動作配置は前記第１のギャップにおいてプラズマを有し前記第２のギャップにおいてプラズマを有さず、
前記第２の動作配置における前記第２のギャップは前記第１の動作配置における前記第２のギャップより大きく、前記第２の動作配置は前記第１のギャップと前記第２のギャップの両方においてプラズマを有し、
前記第１の動作配置は、駆動電極領域のＲＦ有効結合面積に対する接地電極領域のＲＦ有効結合面積の比である第１のＲＦ結合面積比を有し、前記第２の動作配置は、前記駆動電極領域のＲＦ有効結合面積に対する前記接地電極領域のＲＦ有効結合面積の比である第２のＲＦ結合面積比であって、前記第１のＲＦ結合面積比より大きい第２のＲＦ結合面積比を有するように、前記上部電極を前記下部電極に対する相対位置に配しつつ、前記上部電極と前記下部電極の相対位置を、変化させ、
前記第２のギャップが前記第１のギャップよりも小さい、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、一体のユニットとして形成される、方法。

【請求項9】

請求項７に記載の方法であって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、複数の構成要素から形成される、方法。

【請求項10】

請求項７に記載の方法であって、さらに、
前記処理によって生成された排ガスを前記プラズマ処理チャンバから排出するためのバイパス・キャビティを備えるバイパスリングを提供する工程と、
前記処理によって生成された前記排ガスの少なくとも一部を排出する工程と、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

プラズマ処理の進歩により、半導体産業の成長が促進されてきた。半導体産業は、非常に競争の激しい市場である。種々の処理条件で基板を処理できる能力がある半導体製造会社は、競合他社に比べて優位に立つことができる。したがって、各半導体製造会社は、基板処理を向上する方法および／または構成を見つけるために、多くの時間と資金とを投入してきた。

【0002】

基板処理に用いられる典型的な処理システムとして、容量結合プラズマ(capacitively-coupled plasma:CCP)処理システムが挙げられる。プラズマ処理システムは、さまざまな処理パラメータでの処理が可能になるように構築される。しかし、近年は、処理対象のデバイスがより精緻になり、より正確な処理制御が求められるようになってきた。たとえば、処理対象のデバイスの小型化が進むと共に、フィーチャ（特徴）がより細かくなり、生産の質を上げるためには、プラズマ密度や基板全体の均一性等のプラズマ処理パラメータのより正確な制御が必要となる。プラズマ密度および均一性に影響を与える処理パラメータの例として、エッチングチャンバのウエハ領域の圧力制御が挙げられる。

【0003】

半導体デバイスの製造には、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを用いた多段階の処理が必要となる。半導体デバイスのプラズマ処理の際、プラズマ処理チャンバは、通常、処理工程ごとに所定の圧力に維持される。当業者に周知のように、機械的な真空ポンプやターボポンプの使用、閉じ込めリングの位置決め、および／または、これらを組み合わせることによって、所定の圧力に制御できる。

【0004】

従来、排気ターボポンプのスロットルを調節して、プラズマ処理チャンバ内を所定の圧力条件に維持するための圧力制御にバルブアセンブリが用いられている。ただし、VATポンプ（真空ポンプ）による圧力制御は、チャンバ内の別々の領域で異なる圧力制御を行なうことができず、チャンバ全体の圧力を変化させてしまう。

【0005】

閉じ込めリングアセンブリの閉じ込めリング間のギャップを調節することによりプラズマ処理チャンバのプラズマ生成領域（すなわち、２つの電極に挟まれ、閉じ込めリングにより囲まれた領域）における圧力を制御する方法が従来知られている。ギャップを調節することによりプラズマ生成領域からの排ガスの流速が制御され、結果として、圧力に影響する。プラズマ生成領域の外側のガス流の総伝導度は、これらに限定されるものではないが、閉じ込めリングの数および閉じ込めリング間のギャップの大きさ等のさまざまな要因によって変動する。したがって、チャンバギャップおよび／または閉じ込めリングのギャップにより圧力範囲の制御手段が限定される。さらに、閉じ込めリングの直径が一定であることから、上述の処理におけるプラズマの断面も一定の直径となる。

【0006】

上述したプラズマの断面積が固定されてしまうという問題を解決するために、複数の異なる容積のプラズマを持続可能なプラズマ処理チャンバの構造が提案されている。たとえば、ワイドギャップ構造では、比較的低圧で、プラズマの断面積を増大させることができる。一方、ナローギャップ構造では、プラズマの断面積は従来と変わらないが、比較的高圧にすることができる。しかし、プラズマ処理システムを能動的に異なる圧力に制御することはできなかった。

【0007】

各々圧力条件が異なる多段階で基板を処理する必要性を考えると、プラズマ処理システムにおいてより広い圧力範囲にわたって異なる圧力制御を可能にする技術が求められている。

【発明の概要】

【0008】

本発明の一つの態様は、基板を処理するように構成されるプラズマ処理チャンバを備えるプラズマ処理システムを提供する。プラズマ処理システムは、基板を処理するための上部電極と下部電極とを少なくとも備える。プラズマ処理の際に基板は下部電極上に載置され、上部電極と基板とにより第１のギャップが形成される。プラズマ処理システムは、また、上部電極周縁外延部(upper electrode peripheral extension:UE-PE)を備える。UE-PEは、上部電極の周囲に機械的に連結され、かつ、上部電極と同一平面上にならないように構成される。プラズマ処理システムは、さらに、カバーリングを備える。カバーリングは、下部電極を同心円状に囲むように構成され、UE-PEとカバーリングとにより第２のギャップが形成される。

【0009】

上述の態様は、本明細書に開示する発明の種々の態様の一つに過ぎず、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を何ら限定するものではない。本発明の上述および他の特徴を、以下、図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

添付の図面を参照して本発明の実施例を以下に詳述するが、これらの実施例は例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。以下の説明および図面において、同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。

【0011】

【図1】本発明の一実施例に従って、上部電極アセンブリと下部電極アセンブリとの間のギャップが調節可能に構成され、超高圧および／または低伝導性領域の対称チャンバを形成するナローギャップ配置のプラズマ処理システムを示す概略図。

【図2】本発明の一実施例に従って、上部電極アセンブリと下部電極アセンブリとの間のギャップが調節可能に構成され、低圧および／または高伝導性領域の非対称チャンバを形成するワイドギャップ配置のプラズマ処理システムを示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明のいくつかの実施例を、以下、添付の図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する具体的な詳細は、本発明の理解を助ける目的のものである。当業者には自明のことであるが、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全部を持たない態様でも実施可能である。また、本発明の要旨が不必要にわかりにくくならないように、周知の処理工程および／または構造に関しては詳述していない。

【0013】

本発明の実施例として、同じ一つのプラズマ処理チャンバ内で広範囲な圧力を与える方法および装置を説明する。プラズマ処理システムにおいて、チャンバギャップ（すなわち、上部電極と下部電極の間のギャップ）はレシピパラメータであり、工程ごとに変動可能である。このようなプラズマ処理システムが、下部電極アセンブリを動かしてチャンバギャップを調節するように構成される機構を備えるものでもよい。あるいは、上部電極アセンブリを動かすような構成としてもよい。本実施例では、チャンバの下部電極が移動可能な構成である。ただし、本発明は、（この代わりに、または、これに加えて）上部電極が移動可能な構成のチャンバにも、同様に適用可能である。

【0014】

上部電極を接地して、下部電極を駆動するような構成でもよい。上部電極の周囲に、上部電極を囲む環状、すなわち、ドーナツ型のリングを備える。このような環状外延部を、以下、上部電極周縁外延部(upper electrode peripheral extension:UE-PE)と称する。

【0015】

上部電極と下部電極との間のギャップが十分に狭い場合に、UE-PEの下方のギャップがプラズマ持続に十分な大きさを持たない一方で、UE-PEの内側の上部電極の下方のギャップはプラズマ保持に十分な大きさを持つ点に到達するように、UE-PEと下方の石英カバーリングとの間のギャップを設定するようにしてもよい。このようなナローギャップ構造では、UE-PEの下方のギャップは、非常に高度な流量制限の領域となる。UE-PEの下方のギャップの高さを調節して、圧力を制御し、UE-PEの内側の上部電極の下方のギャップの領域を超高圧および低伝導性とすることができる。

【0016】

上部電極と下部電極との間のギャップが次第に大きくなって、UE-PEの下方のギャップがプラズマ持続に十分な大きさには到達しない一方で、UE-PEの内側の上部電極の下方のギャップはプラズマ保持に十分な大きさを保っている場合、ナローギャップ構造において低圧で高伝導性が達成される。

【0017】

上部電極と下部電極との間のギャップがさらに大きくなると、UE-PEの下方のギャップがプラズマ持続に十分な大きさとなる一方で、UE-PEの内側の上部電極の下方のギャップもプラズマ保持に十分な大きさを保つ点に到達する。このような場合には、低圧および高伝導性のワイドギャップ構造となる。閉じ込めリング群を、プラズマ閉じ込めおよび／または圧力制御に用いるようにしてもよい。

【0018】

この説明からもわかるように、駆動下部電極の有効RF結合面積は、ナローギャップ構造でもワイドギャップ構造でも同じである。ただし、ワイドギャップ構造では、接地電極の有効RF結合面積が拡大する。したがって、ナローギャップ構造ではRF結合が第１の面積比を与え、また、ワイドギャップ構造では、有効RF結合面積が大きくなるため、RF結合は第１の面積比よりも大きな第２の面積比を与える。

【0019】

一実施例において、UE-PEを上部電極と同一平面上にならないように配置することにより、２つのギャップ（すなわち、上部電極の中央領域における上部電極と下部電極との間のギャップおよびUE-PEの下方のギャップ）を異ならせるようにしてもよい。たとえば、UE-PEを上部電極の下方に突出させるようにしてもよい。上部電極が可動の構成では、UE-PEは上部電極と共に動く。

【0020】

別の実施例において、下部電極と同一平面上にない下部電極周縁外延部(lower electrode periphery extension: LE-PE)を備えるようにしてもよい。たとえば、LE-PEを電極より高い位置に備えるようにしてもよい。LE-PEを石英カバーリングとしてもよい。下部電極が可動の構成では、LE-PEは下部電極と共に動く。

【0021】

本発明の特徴および効果は、（従来の機構と本発明の実施例とを対比させる）以下の詳細な説明および図面を参照することにより、さらに理解できるであろう。

【0022】

図１に、本発明の一実施例に従って、上部電極アセンブリと下部電極アセンブリとの間のギャップが調節可能に構成され、超高圧および／または低伝導性領域の対称チャンバを形成するナローギャップ配置のプラズマ処理システムの概略図を示す。プラズマ処理システム１００は、１周波数、２周波数または３周波数容量放電システムでも、誘導結合プラズマシステムでも、また、異なるプラズマ生成および／またはプラズマ持続技術を用いたシステムでもよい。図１に示す例において、高周波RFは、これに限定されるものではないが、2.27MHzと60MHzを含むものでもよい。

【0023】

図１に示す例では、プラズマ処理システム１００は、上部電極アセンブリ１０２と、下部電極アセンブリ１０４と、を備える。上部電極アセンブリ１０２と下部電極アセンブリ１０４とは、チャンバギャップ１０６により互いに分離されている。上部電極アセンブリ１０２は、少なくとも上部電極を備え、上部電極は接地されるものでも、あるいは、（図示しない）RF電源により駆動されるものでもよい。

【0024】

図１に示す例では、上部電極アセンブリ１０２は接地されている。上部電極アセンブリ１０２は、さらに、内側上部電極部１０２ａと外側上部電極部１０２ｂとを備える。外側上部電極部１０２ｂを内側上部電極部１０２ａの環状外延部としてもよい。以下、外側上部電極部１０２ｂを上部電極周縁外延部(upper electrode peripheral extension:UE-PE)とも称する。

【0025】

図１に示すように、内側上部電極部１０２ａとUE-PE１０２ｂとを異なる構成要素として形成してもよい。あるいは、内側上部電極部１０２ａとUE-PE１０２ｂとを一体の（モノリシック：monolithic）ユニットとして形成してもよい。さらに、内側上部電極部１０２ａおよび／またはUE-PE１０２ｂを複数の構成要素から形成してもよい。

【0026】

下部電極アセンブリ１０４は、たとえば、静電チャック(electrostatic chuck:ESC)１１０、エッジリング１１２、絶縁体リング１１４、フォーカスリング１１６、石英カバーリング１１８、閉じ込めリング群１２４、および／または、バイパスリング１２０を備える。バイパスリング１２０は、たとえば、アルミニウム製である。バイパスリング１２０はバイパス・キャビティ１２２を備え、バイパス・キャビティ１２２を通ってガスが排出される。図１に示すように、ターボ分子ポンプ(turbo molecular pump:TMP)１３６に接続させたVATバルブ（真空バルブ）１３４を用いて、プラズマ処理システム１００から処理ガスを排気させるようにしてもよい。これらの構成要素の特徴は当業者には周知であるため、詳細には説明しない。

【0027】

UE-PE１０２ｂは、段部、すなわち、チョークポイント１２６を備えるものでもよい。段部を設けることにより、UE-PE１０２ｂの下面を、内側上部電極部１０２ａの下面の下方に伸長または突出させることができる。図１に示すように、UE-PE１０２ｂの下面と石英カバーリング１１８の上面とは、第２のギャップ１２８により分離されている。ギャップ１２８の大きさは、上部電極アセンブリ１０２および／または下部電極アセンブリ１０４を動かすことにより調節可能である。

【0028】

同一平面上にない段部を設けることにより、チョークポイントを形成するようにしてもよい。たとえば、UE-PEを上部電極の面の下方に伸長または突出させるようにしてもよい。この代わりに、または、これに加えて、下部電極と同一平面上にない下部電極周縁外延部(lower electrode periphery extension: LE-PE)を備えるようにしてもよい。たとえば、LE-PEを電極より高い位置に備えるようにしてもよい。LE-PEを石英カバーリング１１８としてもよい。

【0029】

図１に示すように、プラズマ処理システム１００は、２つのプラズマ持続可能な領域、すなわち、領域１３０ａ、または領域１３０ａ＋１２８＋１３０ｂ、を備える。チャンバギャップ１０６がプラズマ保持に十分な大きさを備える場合には、領域１３０ａがプラズマ持続可能な領域となる。一方、チョーク領域のギャップ１２８がプラズマ保持に十分な大きさを備える場合には、領域１３０ａ＋１２８＋１３０ｂがプラズマ持続可能な領域となる。後者の例を図２に示す。

【0030】

プラズマ処理の際、（図示しない）処理ガスがチャンバギャップ１０６に供給される。下部電極アセンブリ１０４にRF出力を供給することにより、チャンバギャップ１０６に供給された処理ガスがプラズマ状態に励起される。ここで、下部電極アセンブリ１０４を動かしてナローギャップ配置を形成し、ギャップ１２８の大きさが（平均自由行程に対して）プラズマ持続に十分な大きさではない場合を考える。

【0031】

図１に示すナローギャップ配置では、チャンバギャップ１０６の領域１３０ａがプラズマ持続可能な領域となる。チョーク領域のギャップ１２８はプラズマ持続に十分な大きさではない。したがって、領域１３０ｂはプラズマ持続可能な領域とならない。ナローギャップ配置では、閉じ込めリング群１２４を引き上げて、さらに流れが抑制されないようにする。

【0032】

ナローギャップ配置において、チャンバを対称チャンバとするために、１：１の面積比が得られるように、上部電極と下部電極の大きさを決めるようにしてもよい。

【0033】

ナローギャップ配置において、領域１３０ａとプラズマ処理システムの他の部分との間に差圧が生じ、この差圧を制御するようにしてもよい。たとえば、チャンバギャップ１０６の圧力を能動フィードバックにより制御してもよい。また、領域１３０ａ内の圧力を測定し、ギャップ１２８、VATバルブ１３４および／または流速を調節して、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。

【0034】

基板１０８のプラズマ処理の間、領域１３０ａを、たとえばトール［Torr］レベルの超高圧にすることが望ましい場合を考える。下部電極アセンブリ１０４を動かして、高さを減少させ、ギャップ１２８を非常に狭いギャップにする。ギャップ１２８のチョーク領域は、ガスの流量をかなり絞った流量制限の大きな領域である。ギャップ１２８の高さは、ギャップ１２８および／または領域１３０ｂにプラズマを持続させるのに十分な大きさではない。

【0035】

上述した能動圧力フィードバックループに従って、ギャップ１２８の高さを調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御できる。たとえば、ギャップ１２８の高さを減少させることにより、領域１３０ａ内の圧力が増大する。ギャップ１２８の高さ調節を通して圧力範囲を制御することにより、ギャップ１２８は、領域１３０ｂにプラズマを持続させるのに十分ではない大きさに保持される。

【0036】

この代わりに、または、これに加えて、領域１３０ａを流れる処理ガスの流量を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、処理ガスの流量を増加させることにより、領域１３０ａ内の圧力が増大して、領域１３０ａが超高圧領域になる。

【0037】

この代わりに、または、これに加えて、TMP１３６の上流側のVATバルブ１３４を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、VATバルブ１３４のスロットルを閉じて、プラズマチャンバ内を背圧することにより、領域１３０ａ内の圧力が増大して、領域１３０ａが超高圧領域になる。

【0038】

図１に示す構成において、ギャップ１２８による流量制限と比べて閉じ込めリング群１２４による流量制限はわずかなので、閉じ込めリング群１２４を超高圧領域の圧力制御に用いなくてもよい。また、閉じ込めリング群１２４は、閉じ込めリング群１２４間のギャップよりも伝導性が高いバイパスリング１２０と平行に配置される。たとえば、閉じ込めリング群１２４を、バイパスリング１２０のショルダー部１３２上に載せた収容状態とすることもできるし、図１に示すウエハ移送位置に引き上げることもできる。バイパスリング１２０のバイパス・キャビティ１２２を通るガス伝導により、閉じ込めリング群１２４による圧力制御の影響が小さくなる。

【0039】

流速を上げることにより、および／または、流量を大きく制限することにより、領域１３０ａを、たとえば最大約５トールの超高圧にすることができる。このようにして、処理チャンバの残りの部分と無関係に、超高圧、および／または、低伝導性のナローギャップ構造の対称チャンバを形成することができる。

【0040】

従来、ギャップ１２８は、プラズマ持続に十分な大きさにならないようにギャップ１２８の大きさを狭めることによって、領域１３０ｂ内のプラズマを消滅させる役割を果たしていた。しかし、ギャップ１２８の用途は、領域１３０ｂ内のプラズマを消滅させる目的に限られず、ギャップ１２８を調節することにより領域１３０ｂ内の圧力を制御する目的でも用いることができる。すなわち、プラズマ消滅点を越えて、さらにギャップ１２８を狭めることにより、圧力制御を行なうことができる。

【0041】

次に、対称チャンバを形成するナローギャップ配置でプラズマ処理を行なう際に、領域１３０ａを低圧および／または高伝導性にすることが望ましい場合を考える。図１を参照して、対称チャンバにおける低圧および／または高伝導性領域の例を説明する。たとえば、ギャップ１２８が流量制限を緩和するのに十分な大きさであり、かつ、領域１３０ｂにおけるプラズマ点火を防止可能な大きさになるように、下部電極アセンブリ１０４を動かす。

【0042】

図１に示す状態では、プラズマは領域１３０ａ内で持続する。ギャップ１２８はプラズマを消滅させるのに十分な程度に狭められており、領域１３０ｂ内ではプラズマは持続できない。ギャップ１２８を十分に大きくしてガス伝導を増大させると、領域１３０ａ内の圧力が低下する。ギャップ１２８を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力制御が可能になる。ギャップ１２８の大きさの上限を、（平均自由行程に対する）プラズマ持続可能なギャップ１２８の大きさに制限するようにしてもよい。

【0043】

この代わりに、または、これに加えて、領域１３０ａを流れる処理ガスの流量を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、処理ガスの流量を減少させることにより、領域１３０ａ内の圧力が低下する。

【0044】

この代わりに、または、これに加えて、TMP１３６の上流側のVATバルブ１３４を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、VATバルブ１３４のスロットルを開くと、領域１３０ａ内の圧力が低下する。

【0045】

対称チャンバにおける低圧領域において、閉じ込めリング群１２４を用いて、圧力を制御することができる。図１において、閉じ込めリング群１２４の位置を下げて、閉じ込めリング群１２４間のギャップを調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御するようにしてもよい。閉じ込めリング群を用いる圧力制御の方法は当業者に周知であるため、ここでは詳述しない。

【0046】

このように、伝導性を増大させる一方で、外部領域１３０ｂにおけるプラズマ持続を防止するようにギャップ１２８を調節することにより、対称チャンバ構造の低圧領域が形成される。ギャップ１２８、閉じ込めリング群１２４、ガス流速、および／または、VATバルブ１３４を調節することにより、領域１３０ａ内の圧力を制御できる。

【0047】

図２は、本発明の一実施例に従って、上部電極アセンブリ１０２と下部電極アセンブリ１０４との間のギャップが調節可能に構成され、低圧および／または高伝導性領域の非対称チャンバを形成するワイドギャップ配置のプラズマ処理システムの概略図を示す。以下、理解しやすいように、図１との関連で図２を説明する。

【0048】

たとえば、図２に示すプラズマ処理システム２００で、基板１０８の処理に５ミリトール程度の低圧が望ましい場合を考える。矢印２４０の方向に下部電極アセンブリ１０４を動かして、ギャップ１２８の高さを増加させることにより、低圧および／または高伝導性にすることができる。ギャップ１２８の高さが増加すると、伝導性が増大する。ギャップ１２８が十分に大きければ、領域２３０でプラズマを持続することが可能である。領域２３０は、チャンバの中心から外側に閉じ込めリング群１２４の内側端部まで広がる。図２に示すように、閉じ込めリング群１２４を用いて、所定の領域内にプラズマを閉じ込めることができる。

【0049】

図２に示すワイドギャップ構造では、駆動下部電極に対する接地上部電極の面積比を大きくする、すなわち、１：１よりも大きな比にすることにより、チャンバが非対称になる。図１に示す対称構造の場合にはプラズマが領域１３０ａ内でのみ持続するのに対して、図２に示す非対称構造の場合にはプラズマが領域２３０内で持続する。駆動ＲＦ電極面積に対する接地電極面積の比を大きくすることにより、ワイドギャップ構造のバイアス電圧が増大し、基板１０８におけるイオンエネルギーが増大する。

【0050】

図２に示すように、バイパスリング１２０のバイパス・キャビティ１２２を通って領域２３０外にガスを流出させることにより、低圧の非対称構造が形成できる。バイパス・キャビティ１２２とギャップ１２８の高さの増加とにより、非対称構造内が高圧になることが抑制できる。

【0051】

図２に示すように、低圧の非対称構造において、閉じ込めリング群１２４のギャップを調節することにより、領域２３０内の圧力が制御できる。閉じ込めリング群１２４の位置を下げて、閉じ込めリング群１２４のギャップを調節することにより、圧力を制御するようにしてもよい。

【0052】

この代わりに、または、これに加えて、領域１３０を流れる処理ガスの流量を調節することにより、領域２３０内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、処理ガスの流量を減少させることにより、領域２３０内の圧力が低下する。

【0053】

この代わりに、または、これに加えて、TMP１３６の上流側のVATバルブ１３４を調節することにより、領域２３０内の圧力を制御するようにしてもよい。たとえば、VATバルブ１３４のスロットルを開くと、領域２３０内の圧力が低下する。

【0054】

このように、ギャップ１２８を調節することにより、ワイドギャップ構造において、非対称チャンバの高伝導性で低圧の領域が形成される。閉じ込めリング群１２４間のギャップ、ガス流速、および／または、VATバルブ１３４を調節することにより、領域２３０内の圧力を制御できる。

【0055】

上述の説明からわかるように、本発明の実施例は、異なる圧力制御を行なうことにより、プラズマ処理システムにおける圧力および／または伝導性を広範囲に調節可能である。圧力範囲は約５ミリトールから約５トールまで調節可能である。超高圧範囲では、ガンマモードによるプラズマ処理が可能である。さらに、ギャップ構造を変えることにより、駆動下部電極に対する接地上部電極の面積比を調節して、ウエハのバイアスおよびイオンエネルギーやイオンエネルギー分布を制御することができる。したがって、同じプラズマ処理チャンバを用いて、広範囲の圧力および／またはバイアスおよびイオンエネルギーやイオンエネルギー分布にわたるレシピを必要とする基板処理を行なうことができるため、コストの削減および／または複数のプラズマ処理チャンバを用いた場合と比べて処理時間の短縮につながる。

【0056】

以上、本発明をいくつかの実施例に従って説明したが、本発明の要旨の範囲内で様々に変形・変更等が可能である。本発明の方法や装置は、多くの異なる態様で実現可能である。また、本発明の実施例を別の用途に利用することも可能である。発明の要約書は便宜上の理由で添付されるが、字数制限があるため、本発明の要旨を限定するために用いられるものではない。したがって、本発明の要旨の範囲内のすべての変形・変更等も、すべて本発明に含まれると解釈されるものとする。
なお、本発明は以下の実施態様で実現することもできる。

適用例１
基板を処理するように構成されるプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムであって、
前記基板を処理するための上部電極と下部電極とであって、プラズマ処理の際に前記基板が前記下部電極上に載置され、前記上部電極と前記基板とにより第１のギャップが形成される、上部電極と下部電極とを少なくとも備え、さらに、
前記上部電極の周囲に機械的に連結され、前記上部電極と同一平面上にならないように構成される上部電極周縁外延部(UE-PE)と、
前記下部電極を同心円状に囲むように構成されるカバーリングであって、前記UE-PEと前記カバーリングとにより第２のギャップが形成される、カバーリングと、を備えるプラズマ処理システム。

適用例２
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記上部電極と前記下部電極のいずれか１つが、前記下部電極の平面と垂直な方向に移動可能である、プラズマ処理システム。

適用例３
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記第２のギャップが前記第１のギャップよりも小さい、プラズマ処理システム。

適用例４
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、一体のユニットとして形成される、プラズマ処理システム。

適用例５
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、複数の構成要素から形成される、プラズマ処理システム。

適用例６
適用例１のプラズマ処理システムであって、
さらに、バイパス・リングアセンブリを備える、プラズマ処理システム。

適用例７
適用例１のプラズマ処理システムであって、
さらに、閉じ込めリング群を備える、プラズマ処理システム。

適用例８
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記カバーリングは、少なくとも部分的に石英で覆われている、プラズマ処理システム。

適用例９
適用例１のプラズマ処理システムであって、
さらに、前記処理により生成される排ガスの少なくとも一部を排気するためのバイパス・キャビティを有するバイパス・リングを備える、プラズマ処理システム。

適用例１０
プラズマ処理チャンバ内の圧力を制御する方法であって、
基板を処理する上部電極と下部電極であって、プラズマ処理の際に前記基板が前記下部電極上に載置され、前記上部電極と前記基板とにより第１のギャップが形成される、上部電極と下部電極とを少なくとも提供する工程と、
前記上部電極の周囲に機械的に連結され、前記上部電極と同一平面上にならないように構成される上部電極周縁外延部(UE-PE)を提供する工程と、
前記下部電極を同心円状に囲むように構成されるカバーリングであって、前記UE-PEと前記カバーリングとにより第２のギャップが形成される、カバーリングを提供する工程と、
前記基板を処理するために、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させる工程と、
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力を制御するために、前記第２のギャップと前記第１のギャップとを同時に調節する工程と、を備える方法。

適用例１１
適用例１０の方法であって、
前記調節する工程が、前記第２のギャップの高さを変えるために、前記上部電極と前記下部電極の一方を、前記下部電極の平面に垂直な方向に動かす、方法。

適用例１２
適用例１０の方法であって、
前記第２のギャップが前記第１のギャップよりも小さい、方法。

適用例１３
適用例１０の方法であって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、一体のユニットとして形成される、方法。

適用例１４
適用例１０の方法であって、
前記UE-PEと前記上部電極とが、複数の構成要素から形成される、方法。

適用例１５
適用例１０の方法であって、
前記プラズマ処理チャンバが、さらに、閉じ込めリング群を備え、
前記方法が、さらに、
前記上部電極と前記下部電極との間に第１のギャップが存在する場合に、処理圧力を調整できるように前記閉じ込めリング群を展開する工程と、
前記同時に調節することにより、前記上部電極と前記下部電極との間に前記第１のギャップよりも小さな第２のギャップが存在する場合に、前記閉じ込めリング群を完全に収容する工程と、を備える、方法。

適用例１６
適用例１０の方法であって、
前記カバーリングは、少なくとも部分的に石英で覆われている、方法。

適用例１７
プラズマ処理チャンバ内で面積比を変える方法であって、
基板を処理する上部電極と下部電極であって、プラズマ処理の際に前記基板が前記下部電極上に載置され、前記上部電極と前記基板とにより第１のギャップが形成される、上部電極と下部電極とを少なくとも提供する工程と、
前記上部電極の周囲に機械的に連結され、前記上部電極と同一平面上にならないように構成される上部電極周縁外延部(UE-PE)を提供する工程と、
前記下部電極を同心円状に囲むように構成されるカバーリングであって、前記UE-PEと前記カバーリングとにより前記第１のギャップより小さい第２のギャップが形成されるようなカバーリングを提供する工程と、
前記基板を処理するために、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させる工程と、
前記第２のギャップと前記第１のギャップとをin-situで同時に調節して、前記プラズマ処理チャンバ内の前記面積比を変える工程であって、前記上部電極と前記下部電極の一方を、前記下部電極の平面に垂直な方向に動かすことを含む、工程と、を備える方法。

適用例１８
適用例１７の方法であって、
前記上部電極と前記下部電極のうち前記上部電極だけが調節可能である、方法。

適用例１９
適用例１７の方法であって、
前記上部電極と前記下部電極のうち前記下部電極だけが調節可能である、方法。

適用例２０
適用例１７の方法であって、
前記調節を行なうことにより、少なくとも第１の面積比と第２の面積比とが得られ、
前記第１の面積比は１：１であり、対称プラズマ処理チャンバが形成され、
前記第２の面積比は１：１以外であり、非対称プラズマ処理チャンバが形成される、方法。

【図1】

【図2】