特許 6573325 プラズマ密度を制御するシステムおよび方法

(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】6573325

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】プラズマ密度を制御するシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20190902BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20190902BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190902BHJP

   C23C 16/503 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/24

   H01L21/302 101B

   H05H1/46 A

   C23C16/503

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-540533(P2016-540533)

(86)(22)【出願日】2014年12月16日

(65)【公表番号】特表2017-503314(P2017-503314A)

(43)【公表日】2017年1月26日

(86)【国際出願番号】US2014070526

(87)【国際公開番号】WO2015095147

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2017年11月20日

(31)【優先権主張番号】61/917,083

(32)【優先日】2013年12月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】チェン，リー

(72)【発明者】

【氏名】ヴェントゼク，ピーター エル ジー

(72)【発明者】

【氏名】レーン，バートン ジー

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２８６０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４７６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８８２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１２５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２０１０６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０８５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４９７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８６８４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｃ２３Ｃ １６／５０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するためのプラズマ処理チャンバであって、
当該プラズマ処理チャンバの内部に配置された電極と、
前記電極の少なくとも一部を取り囲み、基板の端部に直接接触する集束リングと、
少なくとも前記電極、および前記集束リングに結合された電位制御回路であって、前記電極を前記集束リングよりも低い電位に維持するように構成された電位制御回路と、
直流（DC）電圧源に結合された前記電極の反対側の対極と、
を有し、
前記電位制御回路は、
(i)第1の可変キャパシタと平行に接続された電源と、
(ii)前記電源および前記第1の可変キャパシタと直列に接続された、マッチングキャパシタおよびマッチングインダクタと、
(iii)前記集束リングに接続された第1の端部、および前記マッチングインダクタに接続された第2の端部を有する第2の可変キャパシタと、
を有し、
前記電源は、グラウンドに接続された第1の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、グラウンドに接続された第1の端部を有し、
前記電源は、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有する、プラズマ処理チャンバ。

【請求項2】

前記電極は、前記基板と電気的に結合されるように構成される、請求項1に記載のプラズマ処理チャンバ。

【請求項3】

前記電極および前記集束リングは、相互に電気的に絶縁され、または物理的に相互に接触しない、請求項1に記載のプラズマ処理チャンバ。

【請求項4】

前記集束リングは、石英またはセラミックを有する、請求項1に記載のプラズマ処理チャンバ。

【請求項5】

前記電極は、静電結合部材を有する、請求項1に記載のプラズマ処理チャンバ。

【請求項6】

プラズマ処理システム内で基板を処理する方法であって、
プラズマ処理チャンバ内のバイアス電極に基板を受容するステップと、
前記バイアス電極とは反対側のパワー電極に、ソース電圧を印加するステップと、
前記基板の下にある前記バイアス電極に、パワー制御回路を介して、バイアス電圧を印加するステップと、
前記パワー制御回路を介して、前記基板の端部に直接接触する集束リングに、集束リング電圧を印加するステップであって、前記集束リング電圧は、前記バイアス電圧よりも低い、ステップと、
少なくとも前記パワー電極を用いた、前記プラズマ処理チャンバ内でのガスの点火により、プラズマを発生させるステップと、
を有し、
前記パワー制御回路は、
(i)第1の可変キャパシタと平行に接続された電源と、
(ii)前記電源および前記第1の可変キャパシタと直列に接続された、マッチングキャパシタおよびマッチングインダクタと、
(iii)前記集束リングに接続された第1の端部、および前記マッチングインダクタに接続された第2の端部を有する第2の可変キャパシタと、
を有し、
前記電源は、グラウンドに接続された第1の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、グラウンドに接続された第1の端部を有し、
前記電源は、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有する、方法。

【請求項7】

前記集束リング電圧は、前記バイアス電圧よりも少なくとも50V小さい、請求項6に記載の方法。

【請求項8】

前記パワー電極への印加は、0Vから10,000Vの間の大きさを有する、請求項7に記載の方法。

【請求項9】

前記集束リング電圧は、前記バイアス電極よりも100Vから800Vだけ低い、請求項6に記載の方法。

【請求項10】

前記集束リング電圧は、前記バイアス電圧よりも少なくとも5％低い、請求項6に記載の方法。

【請求項11】

前記ガスは、ハロゲン含有ガス、希ガス含有ガス、酸素含有ガス、またはこれらの組み合わせを有する、請求項6に記載の方法。

【請求項12】

前記受容するステップは、静電部材を用いて、前記基板を前記バイアス電極に結合するステップを有する、請求項6に記載の方法。

【請求項13】

1または2以上の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
コンピュータプロセッサで実行可能な指令を保管し、
前記指令は、コンピュータプロセッサにより実行された際に、
プラズマ処理チャンバ内のバイアス電極に基板を受容するステップと、
前記バイアス電極とは反対側のパワー電極に、ソース電圧を印加するステップと、
前記基板の下にある前記バイアス電極に、パワー制御回路を介して、バイアス電圧を印加するステップと、
前記パワー制御回路を介して、前記基板の端部に直接接触する集束リングに、集束リング電圧を印加するステップであって、前記集束リング電圧は、前記バイアス電圧よりも低い、ステップと、
少なくとも前記パワー電極を用いた、前記プラズマ処理チャンバ内での開始ガスの点火により、プラズマを発生させるステップと、
を有し、
前記パワー制御回路は、
(i)第1の可変キャパシタと平行に接続された電源と、
(ii)前記電源および前記第1の可変キャパシタと直列に接続された、マッチングキャパシタおよびマッチングインダクタと、
(iii)前記集束リングに接続された第1の端部、および前記マッチングインダクタに接続された第2の端部を有する第2の可変キャパシタと、
を有し、
前記電源は、グラウンドに接続された第1の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、グラウンドに接続された第1の端部を有し、
前記電源は、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有し、前記第1の可変キャパシタは、前記マッチングキャパシタに接続された第2の端部を有する、
方法を実施する、コンピュータ可読媒体。

【請求項14】

前記集束リング電圧は、前記バイアス電圧よりも少なくとも50V小さい、請求項13に記載のコンピュータ可読媒体。

【請求項15】

前記パワー電極への印加は、0Vから10,000Vの間の大きさを有する、請求項14に記載のコンピュータ可読媒体。

【請求項16】

前記集束リング電圧は、前記バイアス電極よりも100Vから800Vだけ低い、請求項13に記載のコンピュータ可読媒体。

【請求項17】

前記受容するステップは、静電部材を用いて、前記基板を前記バイアス電極に結合するステップを有する、請求項13に記載のコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、米国規則37CFR（連邦規則法典第37巻）1.78(a)（4）に従って、2013年12月17日に出願された先願の同時係属中の仮出願、61／917,083号における利益を主張するものであり、この仮出願の内容は、本願の参照として取り入れられている。

【0002】

本願は、半導体処理技術に関し、特に、基板を処理する処理システムのプラズマ特性を制御する機器および方法に関する。

【背景技術】

【0003】

半導体基板の処理のためのプラズマ処理中のプラズマ均一性の制御は、基板上にパターン構造を得る際、または基板から除去され、もしくは基板に成膜される材料の量を制御する際に重要である。処理特性のある態様は、基板にわたるプラズマ密度に関係し、これは、基板にわたるプラズマ処理の均一性を決める可能性がある。ある例では、基板の近傍または端部におけるプラズマ密度は、基板の内部領域に比べて高速で変化し得る。プラズマ密度は、チャンバ壁または基板に隣接される集束リングの影響によって変化し得る。例えば、プラズマイオンは、周囲部材（例えばチャンバ壁、集束リング）に引き寄せられ、またはここで消失される。これは、プラズマチャンバ内の内部と外部の間の電位差によって生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、電位差を制御しまたは変化させ、基板の端部でのプラズマ密度の変化を最小限に抑制することができるシステムおよび方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、被処理基板の端部近傍または周囲のプラズマ密度を制御するプラズマ処理システムに関する。プラズマ処理システムは、基板を受容し、基板をエッチングし、基板にドーピングし、または基板に膜を成膜するプラズマを用いて基板を処理する、プラズマチャンバを有する。

【0006】

プラズマチャンバは、1または2以上のプラズマ源を有し、これは、電磁エネルギーを放出し、気体供給システムを介して供給される気体をイオン化しても良い。基板にわたるプラズマ密度は、プラズマ源、チャンバ壁、基板、および／または基板に隣接する他の部材（例えば集束リング）の間の電位差による影響を受け得る。荷電粒子は、電位源（例えばチャンバ壁）に引き寄せられ、これにより、荷電粒子が基板に到達することが抑制される。荷電粒子のチャンバ壁によるロスは、プラズマ密度の不均一性につながり、基板の処理を不均一にするおそれがある。

【0007】

荷電粒子（例えばイオン）のロスを最小限に抑制する一つの方法は、基板の端部近傍の境界電位を変化させ、基板の端部におけるプラズマ密度を高めることである。基板近傍の境界電位またはプラズマシースは、基板の下側のバイアス電極と、基板に隣接され得る集束リングの間の電位差を制御することにより、変化させることができる。また、集束リングは、基板の端部の支持、または基板の端部との物理的接触を提供する。しかしながら、集束リングおよびバイアス電極は、電気的に相互に絶縁され、および／または相互に物理的に直接接触されなくても良い。ただし、ある例では、バイアス電極と集束リングの間には、極めて小さな容量が存在し、これが、バイアス電極と集束リングの間の電位差に、最小限の影響を与えても良い。

【0008】

ある実施例では、プラズマ処理チャンバは、真空チャンバを有し、これを用いて、チャンバに結合された、またはチャンバ内の1もしくは2以上の電源により生じたプラズマで基板が処理されても良い。電源は、これに限られるものではないが、電極またはバイアス電極を有し、これを用いて、基板が支持され、チャンバ内の気体またはプラズマに電圧が印加されても良い。集束リング（例えば、石英またはラミックなどのような誘電体材料）は、電極および／または基板の周囲に配置されても良い。集束リングおよび／またはバイアス電極は、基板の支持に使用されても良い。しかしながら、集束リングおよびバイアス電極は、相互に電気的に絶縁され、および／または相互に物理的に接触されなくても良い。ある例では、集束リングおよび電極は、相互の間に極めて小さなまたは最小の容量（例えばpF）を有し、各他の電気的特性に最小限の影響を及ぼし、または影響を及ぼさない。対極は、バイアス電極または基板の反対側にあり、これを用いて、プラズマ処理チャンバ内でプラズマが点火し、プラズマが衝突する。1または2以上の電源を用いて、チャンバ内のプラズマ密度の少なくとも一部が制御されても良い。ある実施例では、チャンバは、バイアス電極、集束リング、および少なくとも一つの電源に結合された電位制御回路を有する。電位制御回路は、制御部材を有し、これを用いて、集束リングとバイアス電極に、同時にまたは同様の時間で、異なる電圧が印加されても良い。例えば、ある例では、電位制御回路は、集束リングに、バイアス電極よりも低い電圧を印加する。制御部材は、これに限られるものではないが、1または2以上の可変キャパシタを有し、これを用いて、集束リングまたは電極に印加される電圧が変化されても良い。また、制御部材は、メモリ、およびコンピュータ可読指令を実行できるコンピュータプロセッサを有し、集束リングとバイアス電極の間の電圧差が維持されても良い。コンピュータで実施可能な指令は、電源および可変キャパシタを制御し、集束リングとバイアス電極の間に電圧差を生じさせても良い。

【0009】

ある実施例では、基板は、プラズマ処理システム内の基板ホルダ内に配置される。基板ホルダは、バイアス電極と集束リングの組み合わせを有し、または有さず、バイアス電極は、基板の中央を支持し、集束リングは、基板の端部を支持しても良い。ある実施例では、基板は、バイアス電極に静電的に結合され、集束リングと物理的に接触していなくても良い。

【0010】

プラズマは、基板の上部にあるパワー電極へのパワー（例えば0V〜10,000V）の印加により、チャンバ内で生じても良い。サブ大気圧に維持されたチャンバ内の1または2以上の気体を用いて、パワーにより、プラズマが点火し衝突する。プラズマ密度は、バイアス電極および集束リングへの電圧差の印加によって変化する。ある実施例組では、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも低い。例えば、ある実施例では、バイアス電圧と集束リング電圧の間の差は、少なくとも一つの電圧に対して、少なくとも5％低い。これは、各素子に印加されるいかなる電圧範囲で適用されても良い。別の実施例では、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも少なくとも5V低い。別の特定の実施例では、集束リング電圧は、100V〜800Vだけ、バイアス電圧よりも低い。

【0011】

これらの実施例では、プラズマ処理システムは、少なくともパワー電極によりイオン化される、異なる種類の気体を受容しても良い。気体は、これに限られるものではないが、ハロゲン含有ガス、希ガス含有ガス、酸素含有ガス、またはこれらの組み合わせを有しても良い。

【0012】

本願の明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成する添付図面には、前述の本発明の一般的な記載、および以下の詳細な説明とともに、本発明の実施例が示されており、本発明を説明するために援用される。また、参照符号の最左の数字は、参照符号が最初に存在する図面を表す。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】集束リング、基板、バイアス電極、および電位制御回路の実施例を概略的に示した、プラズマ処理システムの代表実施例を示した図である。

【図2】プラズマ処理システムの集束リングとバイアス電極の間に電位差を生じさせる方法のフロー図である

【図3】プラズマ処理システムの電位制御回路における別の実施例を概略的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下の詳細な説明では、本発明による一実施例を示すため、添付図を参照する。詳細な説明において、「一実施例」、「実施例」、「一例としての実施例」等は、示された一例としての実施例が特定の特徴物、構造または特性を含むことを示す。ただし、各一例としての実施例は、特定の特徴物、構造または特性を、必ずしも含む必要はない。また、そのような文言は、必ずしも同じ実施例を表す必要はない。また、特定の特徴物、構造または特性がある実施例において一緒に記載されている場合、明確に記載されているかどうかにかかわらず、当業者の知識の範囲内で、そのような特徴物、構造または特性は、他の一例としての実施例とともに影響を受ける。

【0015】

基板は、装置、特に、半導体または他の電子装置のいかなる材料部分または構造を含んでも良く、例えば、半導体基板のようなベース基板構造、または薄膜のようなベース基板構造上のもしくはこれを覆う層であっても良い。従って、基板は、いかなる特定のベース構造、下地層もしくは上部層、パターンもしくは未パターンに限定されるものでもない。むしろ、これは、そのような層もしくはベース構造、ならびに層および／またはベース構造の任意の組み合わせを含むことが想定される。以下の記載では、特定の種類の基板が参照されるが、これは、一例であって、限定を意味するものではない。基板は、直径が少なくとも150mmの丸い基板を含んでも良く、これに限られるものではないが、以下の元素を含んでも良い：シリコン、ガリウム、または亜鉛。

【0016】

以下の実施例の詳細な説明には、本発明の一般的な性質を明記する。当業者は、過度の実験を行わずに、本発明の範囲から逸脱しないで、当業者の知識を適用することにより、そのような一実施例を容易に変更し、および／または各種用途に適合させることができる。従って、そのような適合および修正は、本願の範囲内にあり、本願における示唆および指図に基づく一実施例の複数の等価物を意図するものである。本願における使用語または専門用語は、限定的ではなく、記載目的で使用され、本願明細書の専門用語または使用語は、当業者により、本願の示唆を踏まえて解されることが理解される。

【0017】

図1には、プラズマチャンバ102で生じたプラズマ（図示されていない）を用いて基板を処理するプラズマ処理システム100を示す。プラズマは、プラズマチャンバ102内で、気体供給システム104により供給される気体をイオン化し、この気体を電源106により提供される電磁エネルギーに暴露することにより生じる。また、プラズマ発生の間、真空システム108は、プラズマチャンバ102内をサブ大気圧に維持する。プラズマ処理システム100の部材は、制御器110によって管理または制御され、この制御器は、1または2以上のコンピュータプロセッサ112と、メモリ部材116とを有しても良い。メモリ部材は、コンピュータプロセッサまたは他のロジック／処理装置で実行され得る、コンピュータ実施可能な指令を保管しても良い。制御器110は、プラズマ処理システム100の部材を制御または誘導することにより実施される、レシピまたは処理条件ルーチンを保管し、プラズマチャンバ102内にある条件が得られる。部材間の通信は、破線矢印120に示すように、当業者には知られている処理電気通信技術を介して実施されても良い。

【0018】

コンピュータプロセッサは、1または2以上の処理コアを有し、1または2以上のメモリに保管されたコンピュータ可読指令にアクセスし、これ（の少なくとも一部）を実行するように構成されても良い。1または2以上のコンピュータプロセッサ602は、これに限られるものではないが、中央処理演算ユニット（CPU）、デジタル信号プロセッサ（DSP）、縮小命令セットコンピュータ（RISC）、複合命令セットコンピュータ（CISC）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、またはこれらの組み合わせを有しても良い。また、コンピュータプロセッサは、プラズマ処理システム100の部材間の通信を制御する、チップセット（図示されていない）を有しても良い。ある実施例では、コンピュータプロセッサは、インテル（登録商標）アーキテクチャー、またはARM（登録商標）アーキテクチャー系であっても良く、チップセットは、インテル（登録商標）プロセッサとチップセットのファミリーからのものであっても良い。また、1または2以上のコンピュータプロセッサは、特定のデータ処理機能またはタスクを取り扱うための、1または2以上の特定用途向け集積回路（ASIC）または特定用途向け標準品（ASSP）を有しても良い。

【0019】

メモリは、1または2以上のコンピュータ可読貯蔵媒体（CRSM）を有しても良い。ある実施例では、1または2以上のメモリは、ランダムアクセスメモリ（RAM）、フラッシュRAM、磁気媒体、光学媒体、半導体媒体などのような、非一時的媒体を有しても良い。1または2以上のメモリは、揮発性（電力供給の間、情報が維持される）であっても、不揮発性（電力供給なしで情報が維持される）であっても良い。また、追加の実施例は、非一時的マシン可読信号（圧縮されたまたは未圧縮の形態）を含む、コンピュータプログラム製品として提供される。マシン可読信号の例には、これに限られるものではないが、インターネットまたは他のネットワークにより伝送される信号が含まれる。例えば、インターネットを介したソフトウェアの頒布は、非一時的マシン可読信号を含む。また、メモリは、複数のコンピュータ実行指令を含む、オペレーティングシステムを保管し、これは、プロセッサで実施され、各種タスクが実行され、プラズマ処理システム100が作動されても良い。

【0020】

プラズマの発生は、電気的に中性の気体に電磁エネルギーを印加することにより行われても良い。気体分子から負に帯電された電子が放出され、自身は、電子を失い、正に帯電される。時間とともに、電磁エネルギーおよび気体内の電子衝突の増加により、気体内でのイオン化分子の密度が上昇する結果、イオン化分子は、プラズマチャンバ102内の電位差による影響を受けるようになる。例えば、プラズマチャンバ102内の電位差により、イオン化分子（図示されていない）は、基板122の方に誘導される。イオン化分子は、基板122と相互作用しまたは基板を処理し、基板の一部が除去され、あるいは基板上に成膜が行われる。この方法により、基板にパターンがエッチングされ、または基板122に膜が成膜される。

【0021】

プラズマチャンバ102にわたるプラズマ密度は、基板のプラズマ処理の均一性に影響を及ぼし得る。プラズマ密度は、プラズマチャンバ102内の容積内のイオン分子密度であっても良い。プラズマ密度が基板にわたって変化すると、プラズマ処理の均一性が影響を受け、基板の中央でのプラズマ密度の上昇によって、基板の端部のエッチング速度に比べて、より大きなエッチング速度が生じる。一般に、この処理の不均一性は、チャンバ壁でのイオンの損失により生じ得る。不均一性を解決する一つの方法は、境界電位を変え、または発生させることである。境界電位は、基板122にわたるプラズマ密度の均一性を低下させる、衝突イオン108によるロスを最小化する。プラズマチャンバ102の断面図124には、この方法の一実施例が示されている。

【0022】

図1の実施例では、プラズマチャンバ102は、パワー電極126、バイアス電極128、集束リング130、およびパワー制御回路132を有する。基板122は、パワー電極126とバイアス電極128の間に設置され、プラズマは、基板122とパワー電極126の間の領域に生じる。バイアス電極128へのバイアスパワーまたは電圧の印加により、プラズマ内のイオンは、基板122に向かって誘導される。ただし、イオンの一部は、チャンバ壁（図示されていない）にも引き寄せられ、これにより、集束リング130に隣接する基板122の端部において、プラズマ密度が低下する。不均一性を抑制する一つの方法は、基板122の端部の近傍の電位を変化させ、低プラズマ密度領域に、より多くのイオンを引き寄せることである。ある実施例では、プラズマ密度は、バイアス電極128に印加されるバイアス電圧よりも低い電圧にある集束リング122への電圧、または集束リング130への電位の印加によって、変化されても良い。断面図124に示された実施例では、この概念の一つのみが実施されるが、これは、特許請求の範囲を、示された実施例に限定するものではない。

【0023】

バイアス電極128は、基板122にバイアス電圧を印加するように構成され、パワー電極126と協働して、生じるプラズマに影響を及ぼす。また、バイアス電極128は、静電結合（coupling）（ESC）部材（図示されていない）を有し、これを用いて、基板122がバイアス電極128および／または集束リング130に固定されても良い。ESC部材は、処理中に基板122が移動することを抑制する。バイアス電極128は、基板122と接触する円形表面領域、または基板122の下側の円形表面領域を有しても良い。バイアス電極128は、基板にわたってバイアス電圧を分配し、基板122の表面領域にわたって、均一な電位が生じる。バイアス電圧は、プラズマから基板122にイオンを引き寄せ、これを用いて基板122がエッチングされ、または基板122に膜が成膜されても良い。ある実施例では、バイアス電圧は、0Ｖと10,000Vの間の範囲にあり、基板122の処理の用途に応じて変化しても良い。ただし、前述のように、基板122の端部またはその近傍に印加されるバイアス電圧は、プラズマチャンバ102内の他の境界電位に影響を受け得る。その結果、基板122の端部での境界電位に対しては、基板122にわたって電圧の均一な印加が難しくなり、基板122の端部で均一性の低いプラズマ密度が生じる。一つの方法は、基板122の端部に別の電位源を印加して、基板122の端部にわたって、プラズマ密度の均一性を拡張することである。ある方法では、基板122の端部を取り囲む集束リング130に、集束リング電圧が印加される。

【0024】

集束リング130は、基板122に隣接して配置され、基板122の端部から十分に近く、基板122の端部またはその近傍で、プラズマ密度が影響を受ける。集束リング130は、誘電体材料、または誘電体材料の組み合わせで構成されても良く、これには、これに限られるものではないが、石英またはセラミック材料が含まれる。集束リング電圧は、バイアス電極128に印加されるバイアス電圧とは異なっても良い。集束リング電圧は、バイアス電圧よりも低くても高くても良い。

【0025】

図1の実施例では、パワー制御回路132は、バイアス電源134を用いて、それぞれの部材に、集束リング電圧およびバイアス電極電圧を印加する。しかしながら、他の実施例では、パワー制御回路132は、各部材用の別個の電源を有しても良い。ただし、この実施例では、パワー制御回路は、これに限られるものではないが、少なくともバイアス電源134、パワーキャパシタ136、タップオフキャパシタ138、マッチングキャパシタ140、およびマッチングインダクタ142を有しても良い。図1に示すように、キャパシタは、可変キャパシタであり、制御器110によって変更されても良い。パワーキャパシタ136は、バイアス電源134から提供されるパワー信号の変化を調整するために使用され、このバイアス電源134は、これに限られるものではないが、バイアス電極128および集束リング130に交流パワー信号を提供する無線周波数電源であっても良い。両方の電極に、同じパワー信号が提供されても良いが、タップオフキャパシタ138を用いて、パワー信号をより高い電圧に高めても良い。制御器110は、容量（例えばタップオフキャパシタ138）を変化させ、集束リングよりもバイアス電圧が少なくとも5％高くなるようにしても良い。別の実施例では、バイアス電圧は、集束リング電圧よりも最大50Ｖ高くても良い。別の実施例では、バイアス電圧は、集束リング電圧よりも少なくとも100Ｖ高く、最大800Ｖ高くても良い。しかしながら、各種方法で、別のバイアス電圧が印加または提供されても良く、特許請求の範囲の記載は、図1の実施例に限定されない。また、制御器110は、バイアス電源136とプラズマチャンバ102の間のインピーダンスをモニタし、制御しても良い。制御器は、マッチングインダクタ142およびマッチングキャパシタ140を用いて、バイアス電極128ならびに／または集束リング電極130に提供される電圧、電流、および信号の位相を調整しても良い。当業者は、制御器110によって、どのように電圧、電流、および／またはパワーの位相が調整され、プラズマチャンバ102に提供される前方パワーがプラズマチャンバ102から反射されるパワーと整合されるかを把握することができる。

【0026】

パワー電極126は、プラズマチャンバ102内で気体をイオン化するエネルギーを提供する。エネルギーは、電源106により提供され、これは、直流（DC）源（図示されていない）または交流周波数源（図示されていない）を有する。パワー電極126は、基板122の反対側に配置される。ある実施例では、パワー電極126は、基板122にわたって不均一なプラズマ密度を発生しても良い。ある実施例では、プラズマ密度は、基板122の中央近傍において、基板122の端部よりも高い。従って、チャンバ壁でのイオンのロスにより生じるプラズマ密度の不均一性は、パワー電極126および／または電源106の設計の固有の特性により、いっそう助長される。パワー電極126により生じたプラズマは、バイアス電極128および／または集束リング電極130による影響を受ける。

【0027】

図2には、基板122にわたってプラズマ密度を制御する方法のフロー図200を示す。基板122にわたるプラズマ密度を高める一つの方法は、パワー電極126により生じるプラズマを取り囲むチャンバ壁へのイオンのロスを最小化することである。ある実施例では、基板122の端部でのプラズマ密度は、基板122の中央に比べて均一性が劣る。その結果、処理特性または基板122の処理は、基板122の端部と中央との間で大きく変化し得る。端部でのプラズマ密度の不均一性を改善するある方法は、端部での電位を高め、プラズマチャンバ102内の周囲環境に比べて、基板122の端部にイオンを引き寄せることである。図1の実施例に示すように、集束リング130は、基板122に隣接して配置され、これを用いて、バイアス電極128との協働により、イオンが引き寄せられる。この方法では、基板122の端部でのプラズマ密度は、基板122の中央近傍のプラズマ密度とより近くなる。

【0028】

ブロック202では、プラズマチャンバ102が基板122を受容し、これが基板ホルダに固定または設置される。プラズマチャンバ102は、サブ大気雰囲気システムであっても良く、これは、真空システム108により実施され、気体システム104から気体が受容される。気体の種類は、処理プロセスに応じて変化しても良い。ただし、気体は、これに限られるものではないが、ハロゲン含有ガス、希ガス含有ガス、酸素含有ガス、またはこれらの組み合わせを有しても良い。ある実施例では、基板122は、基板ホルダにより生じた静電結合により、基板ホルダまたはバイアス電極128に固定されても良い。基板ホルダは、力を負荷する電磁場を発生させる静電部材を有し、これにより、処理の間、基板122の移動が抑制されても良い。

【0029】

プラズマチャンバ102を用いて、基板の処理に使用されるプラズマが生じても良い。前述のように、プラズマは、プラズマチャンバ102に受容された気体のイオン化により生じる。

【0030】

ブロック204では、基板122の反対側のパワー電極126にソース電圧を印加するように、電源106を誘導する制御器110により、気体のイオン化が実施される。ただし、他の実施例では、2以上の電極が使用され、プラズマが生じても良い。ある実施例では、これは、バイアス電極128を含む。プラズマ密度またはプラズマのイオン密度は、プラズマ密度プロファイルを有し、これは、電源106、パワー電極126、処理ガス、処理に使用される圧力および温度の種類を表しても良い。例えば、ある実施例では、電源106は、直流（DC）源であり、別の実施例では、電源106は、交流（AC）源（例えば無線周波数（RF）、マイクロ波など）であっても良い。DCの実施例では、プラズマ密度プロファイルは、中心高プロファイルであり、これは、基板122の中央でのプラズマ密度が基板122の端部よりも高いことを意味する。しかしながら、プラズマ密度プロファイルは、基板122の端部でのプラズマ密度が基板122の中央よりも高い、端部高プロファイルを有しても良い。ただし、特許請求の範囲の記載は、これらの2つのプロファイルに限定されるものではなく、これらは、一例として示されている。前述のように、プラズマ密度プロファイルは、プラズマチャンバ102内のプラズマと別の部材との間の電位差によって変化する。一つの方法は、プラズマチャンバ102内で、異なる部材間の電位差を変化させることである。

【0031】

ある実施例組では、パワー電極126は、電源106から、0Vから10,000Vの間のDC電圧を受ける。パワーは、プロセス毎に変化し、または単一のプロセス内で変化し、基板122をエッチングしまたは処理するために使用される、異なる用途に対処されても良い。

【0032】

ブロック206では、制御器110は、バイアス電源134を誘導し、基板122の下側のバイアス電極128にバイアス電圧を印加する。バイアス電極電圧は、基板122に向かってイオンを引き寄せ、基板12がエッチングされ、または基板12に成膜されもしくはドープされる。プラズマ密度プロファイルは、バイアス電圧が印加された際に変化しても良いが、プラズマチャンバ102内のプラズマと他の部材の間の電位差は、依然としてプラズマ密度を歪ませ、基板122にわたって、処理が均一に適用できなくなるおそれがある。例えば、バイアス電極128にバイアス電圧が印加された際、プラズマ密度プロファイルは、依然として、中央高プロファイルを有し得る。しかしながら、中央高プロファイルは、プラズマと、基板122の端部に近接する領域の間の電位差を変化させることにより調整される。ある方法では、集束リング130は、端部領域での電位差を変化させるように印加された電圧を有しても良い。

【0033】

また、制御器110は、パワー制御回路132を用いてバイアス電圧を制御し、タップオフキャパシタ138を用いて、バイアス電圧の振幅および／または周波数を変化させ、バイアス電圧または信号を調整しても良い。この方法では、バイアス電圧は、バイアス電源134により提供される電圧よりも高く、または低くなる。バイアス電圧は、基板122の表面に、シース電位またはデバイシースを形成する。デバイシースは、正イオンの高い密度化により形成されても良い。これは、プラズマから固体表面（例えば基板122）への遷移を形成する。基板122にわたるシース電位の均一性によって、基板122のより均一なプラズマ処理が可能となる。しかしながら、シース電位は、基板122の端部近傍で低下しても良い。端部の均一性を改善する一つの方法は、より均一な方法で、基板の端部にわたってシース電位を拡張することである。ある実施例では、集束リング電極130に集束リング電圧が印加され、端部の均一性が改善される。

【0034】

ブロック208では、制御器110は、パワー制御回路132を誘導し、基板122に隣接する集束リング130に、集束リング電圧を印加する。ある実施例では、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも低く、基板122の端部でのシース電位の均一性が改善される。集束リング電圧とバイアス電圧との間の差は、所望の処理条件に依存して変化しても良い。ある特定の実施例では、バイアス電圧は、0Vから10,000Vの間であるが、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも少なくとも50V低い。別の特定の実施例では、バイアス電圧にかかわらず、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも100Vから800V低い。ただし、別の実施例では、集束リング電圧は、バイアス電圧の大きさに依存する。この例では、集束リング電圧は、バイアス電圧よりも少なくとも5％低い。

【0035】

集束リング電圧は、基板122の端部でのシース電位の均一性を高め、基板122の端部と中央の間における、プラズマ処理特性（例えばエッチング速度）は、集束リング電圧のない場合に比べて、より均一になる。

【0036】

ブロック210では、少なくともパワー電極126に印加されるパワーを用いた、プラズマ処理チャンバ内でのガス点火により、プラズマが生じる。基板122の表面に形成されるシース電位は、バイアス電圧および／または集束リング電圧の印加により、大きさおよび／または均一性が変化し、プラズマ処理特性が最適化される。ある実施例では、プラズマ処理特性は、これに限られるものではないが、基板122にわたるエッチング速度の均一性を有しても良い。特に、基板122の端部から、5mm〜15mmの範囲内において、エッチング速度が改善される。

【0037】

図3には、電位制御回路302を有するプラズマ処理システム300の別の実施例を概略的に示す。電位制御回路302は、集束リング電極130およびバイアス電極128と一体化され、2電極間の電位差が制御されても良い。制御器110を用いて、電位差が調整され、集束リング電極130は、バイアス電極128よりも低電位または高電位にされても良い。図3の実施例では、集束リング電極130とバイアス電源134の間に、タップオフキャパシタ304が配置される。

【0038】

タップオフキャパシタ304は、可変キャパシタであり、集束リング電極130とバイアス電極128の間に電位差が生じるように、容量が変化しても良い。プラズマ処理システム300は、前述の図2に示した方法と同様の方法で実施されても良い。制御器110は、印加バイアス電圧に基づいて、バイアス電極と集束リング電極の間の電位差を、少なくとも5％までの差に制御する。別の実施例では、制御器110は、電位差が少なくとも50V、または100Vから800Vの間となるように制御する。前述のように、電位差を用いることにより、基板122の端部におけるプラズマ処理結果が改善され、端部でのプラズマ密度または処理特性は、基板122の中央近傍でのプラズマ密度または処理特性とより近くなる。

【0039】

要約書ではなく詳細な説明の部分が、請求項の解釈に使用されることは明らかである。要約書には、本発明の1または2以上の実施例を示すことができるが、全ての実施例を示すことはできない。従って、要約書は、いかなる方法においても、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

【0040】

1または2以上の実施例の記載により本発明について説明し、実施例ではかなり詳細に説明したが、これらは、いかなる方法でも、添付の特許請求の範囲の記載を、そのような詳細なものに限定することを意図するものではない。当業者には、追加の利点および修正が容易に認められる。従って、より広い態様において、本発明は、特定の細部、一例として示され記載された代表的な機器および方法に限定されるものではない。同様に、本発明の一般的な概念の範囲から逸脱しないで、そのような細部からの逸脱が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】