特許 6918451 エッジリングアセンブリおよびプラズマ処理のためのシステム

(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】6918451

(24)【登録日】2021年7月27日

(45)【発行日】2021年8月11日

(54)【発明の名称】エッジリングアセンブリおよびプラズマ処理のためのシステム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20210729BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210729BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210729BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H05H1/46 L

   H01L21/68 R

   H01L21/302 101C

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2016-159995(P2016-159995)

(22)【出願日】2016年8月17日

(65)【公開番号】特開2017-92448(P2017-92448A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2019年8月14日

(31)【優先権主張番号】62/206,753

(32)【優先日】2015年8月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】15/205,253

(32)【優先日】2016年7月8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】ウィリアム・フレデリック・ボッシュ

(72)【発明者】

【氏名】ラジェシュ・ドライ

(72)【発明者】

【氏名】タマラク・パンデュムソポーン

(72)【発明者】

【氏名】ブレット・シー．・リチャードソン

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・シー．・ベッター

(72)【発明者】

【氏名】パトリック・チュン

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１４９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３１１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３９３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３８３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０９３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理チャンバのためのエッジリングアセンブリであって、
ＲＦ電源への電気的接続のために構成された静電チャック（ＥＳＣ）を取り巻くように構成される上方エッジリングであって、前記ＥＳＣは、基板を支えるための上面と、前記上面を取り巻く環状段差とを有し、前記環状段差は、前記上面よりも低い環状棚を画定し、かつ前記環状棚の上方に配置され、電気絶縁材料で形成される、上方エッジリングと、
前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、前記ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、
前記下方内側エッジリングを取り巻き、電気絶縁材料で形成された下方外側エッジリングと、
を備え、
前記下方外側エッジリングは、更に、前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置され、
前記下方外側エッジリングの一部は、前記上方エッジリングを取り囲む、
エッジリングアセンブリ。

【請求項2】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングと前記ＥＳＣとの間の誘電体分離が、既定の静電容量を提供するように構成され、前記ＲＦ電源から前記ＥＳＣに伝達される電力は、前記既定の静電容量によって決定される既定の相対量で前記下方内側エッジリングに伝達されるエッジリングアセンブリ。

【請求項3】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、石英材料で形成されるエッジリングアセンブリ。

【請求項4】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方外側エッジリングは、石英材料で形成されるエッジリングアセンブリ。

【請求項5】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、アルミニウム材料で形成されるエッジリングアセンブリ。

【請求項6】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、前記ＥＳＣからの電気的絶縁を提供する陽極酸化アルミニウム表面を有するエッジリングアセンブリ。

【請求項7】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリング及び前記下方外側エッジリングは、前記ＥＳＣの前記環状棚の上に直接配置されるエッジリングアセンブリ。

【請求項8】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記ＲＦ電源から前記ＥＳＣへのＲＦ電力の供給が、前記ＥＳＣへの前記下方内側エッジリングの容量結合を提供するエッジリングアセンブリ。

【請求項9】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における容量結合は、前記プラズマ処理時に画定されるプラズマシースを、前記上方エッジリングを実質的に覆うように画定される空間領域内で半径方向に広がらせるエッジリングアセンブリ。

【請求項10】

請求項９に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記容量結合は、前記基板の縁領域におけるイオン集束を低減するエッジリングアセンブリ。

【請求項11】

請求項１０に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記容量結合は、前記基板の前記縁領域におけるイオン軌道の、前記基板の上面に垂直な方向からの傾斜を低減するエッジリングアセンブリ。

【請求項12】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、環状に成形され、約１５〜２４ｍｍの半径方向厚さと、約２〜５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。

【請求項13】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、環状に成形され、約１５〜２０ｍｍの半径方向厚さと、約８〜１５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。

【請求項14】

請求項１３に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングの内径は、前記ＥＳＣの前記環状段差によって画定される側壁と、前記下方内側エッジリングとの間に環状の隙間を画定するために、前記側壁の直径を約０．５〜１ｍｍ上回るエッジリングアセンブリ。

【請求項15】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方外側エッジリングは、環状に成形され、約１０〜１５ｍｍの半径方向厚さと、約８〜１５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。

【請求項16】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、上面を有し、前記上方エッジリングの前記上面は、前記上方エッジリングの内径に画定される段差縁を有し、前記段差縁の下部は、前記基板が存在するときに前記基板が前記段差縁の前記下部の上に広がるように、前記ＥＳＣの前記上面よりも低い高さに位置するように構成されるエッジリングアセンブリ。

【請求項17】

請求項１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、イットリアの外側被覆を含むエッジリングアセンブリ。

【請求項18】

プラズマ処理のためのシステムであって、
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に配置される静電チャック（ＥＳＣ）であって、前記ＥＳＣは、プラズマ処理時に基板を支えるように構成される上面を有し、更に、前記上面を取り巻く環状段差を含み、前記環状段差は、前記上面よりも低い高さに環状棚を画定する、ＥＳＣと、
環状棚の上方に配置される上方エッジリングであって、電気絶縁材料で形成される上方エッジリングと、
前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、前記ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、
前記下方内側エッジリングを取り巻き、電気絶縁材料で形成される下方外側エッジリングであって、前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、かつ前記環状棚の上に配置される下方外側エッジリングと、
前記ＥＳＣ内に配置されるバイアス電極であって、前記基板にかかるバイアス電圧を生成するために第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように構成されるバイアス電極と、
を備え、
前記下方外側エッジリングの一部は、前記上方エッジリングを取り囲む、
システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［優先権の主張］
本出願は、２０１５年８月１８日に出願され発明の名称を「Edge Ring Assembly for Improving Feature Profile Tilting at Extreme Edge of Wafer（ウエハの極縁における特徴プロフィールの傾斜を改善するためのエッジリングアセンブリ）」とする米国仮特許出願第６２／２０６，７５３号の優先権を主張する。この仮出願の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

【0002】

本実施形態は、半導体ウエハ処理機器ツールに関し、なかでも特に、プラズマプロセスチャンバで使用されるエッジリングアセンブリに関する。

【背景技術】

【0003】

ウエハに対してプラズマエッチングプロセスが行われるときは、プラズマシースが湾曲してウエハの斜（はす）縁を回り込む傾向がある。この影響によって、ウエハの極縁では、エッチングされた特徴のプロフィールがウエハの縁に向かって傾斜する。この傾斜は、デバイスにとって致命的になる恐れがあり、ウエハの極縁領域を事実上使用不能にすることがある。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤ構造は、特徴プロフィールの傾斜が原因で、下部のコンタクトに届かないことがある。例えば、たとえ０．１〜０．２度の特徴傾斜でも、ＭＥＭＳジャイロスコープを動作不能にすることがあるので、ＭＥＭＳデバイスは、特徴傾斜の影響をとりわけ受けやすい恐れがある。現行の技術下では、シリコンジャイロスコープなどのＭＥＭＳデバイスが、プラズマエッチングプロセスを通じて製造される。ＭＥＭＳデバイスの製造に適したプラズマエッチングチャンバの一例が、Lam Research Corporationによって製造されるＴＣＰ（登録商標）９４００ＤＳｉＥ（商標）（ディープシリコンエッチング）である。特徴プロフィールの傾斜は、基板の縁領域に製作されるＳｉジャイロスコープに直交誤差を生じさせ、したがって、歩留まりを低下させる。単位半径方向距離あたりの面積の増加は、ウエハの縁で最大であるので、有用半径のたとえ漸増でも、歩留まりを大幅に高めることができる。

【0004】

本発明の実施形態が起こるのは、このような状況においてである。

【発明の概要】

【0005】

本開示の実装形態は、ウエハの極縁領域における特徴プロフィールの傾斜を低減するように構成されたエッジリングアセンブリを提供する。縁領域における特徴プロフィールの傾斜を低減することによって、ウエハの有用面積が更に広く利用可能になり、その結果、製作される例えばＭＥＭＳ Ｓｉジャイロスコープなどのデバイスの歩留まりが向上する。本開示の実装形態では、ＲＦ電力が（底部電極としての）静電チャック（ＥＳＣ）に供給されたときにＥＳＣへの容量結合を見せる受動通電式のエッジリング電極が提供される。エッジリングの受動通電は、別途のＲＦ電源による費用の増加又は更なる複雑性を必要とせず、それでも尚、ウエハ縁にエッチングされる特徴のプロフィールの傾斜を改善することができる。

【0006】

本開示の実施形態は、縁に限局されたイオン軌道の制御を促すために、半径方向に最も外側の５〜１５ｍｍを網羅している（例えば、１５０ｍｍウエハの場合は半径に沿っておおよそ６０〜７５ｍｍ、２００ｍｍウエハの場合は半径に沿っておおよそ８５〜１００ｍｍ、３００ｍｍウエハの場合は半径に沿っておおよそ１３５〜１５０ｍｍ等、及びこれを超える範囲（約１〜５ｍｍの範囲を縁除外領域とする））のが一般的であるウエハの極縁におけるプラズマシース境界の制御を可能にして掌握し、それによってウエハの極縁におけるウエハプロフィールの調整を提供するための、方法、装置、並びにシステムを提供する。イオン軌道の制御を実現し、ウエハの縁近くにおけるシースの湾曲が原因で引き起こされるイオン集束効果を最小限に抑えることで、ウエハに向かうイオン軌道のみならず、イオン束対中性束の比率も制御することができる。

【0007】

ウエハ極縁付近におけるプラズマシース境界は、エッジリングアセンブリにわたってシースの連続性を可能にすることによって修正することができる。受動通電式のエッジリング電極ゆえの、修正されたシース境界の存在は、ウエハの縁におけるイオン傾斜及びイオン集束を低減する。

【0008】

一実装形態では、プラズマ処理チャンバのためのエッジリングアセンブリが提供される。このエッジリングアセンブリは、ＲＦ電源への電気的接続のために構成された静電チャック（ＥＳＣ）を取り巻くように構成される上方エッジリングであって、ＥＳＣは、基板を支えるための上面と、該上面を取り巻く環状段差とを有し、環状段差は、上面よりも低い環状棚を画定し、上方エッジリングは、環状棚の上方に配置され、電気絶縁材料で形成される、上方エッジリングと、環状段差の中で上方エッジリングの下方に配置され、環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、内側エッジリングを取り巻く下方外側エッジリングであって、環状段差の中で上方エッジリングの下方に配置され、環状棚の上に配置され、電気絶縁材料で形成される下方外側エッジリングと、を含む。

【0009】

一実装形態では、下方内側エッジリングとＥＳＣとの間の誘電体分離が、既定の静電容量を提供するように構成され、ＲＦ電源からＥＳＣに伝達される電力は、既定の静電容量によって決定される既定の相対量で下方内側エッジリングに伝達される。

【0010】

一実装形態では、上方エッジリングは、石英材料で形成される。

【0011】

一実装形態では、下方外側エッジリングは、石英材料で形成される。

【0012】

一実装形態では、下方内側エッジリングは、アルミニウム材料で形成される。

【0013】

一実装形態では、下方内側エッジリングは、ＥＳＣからの電気的絶縁を提供する陽極酸化アルミニウム表面を有する。

【0014】

一実装形態では、下方内側エッジリング及び下方外側エッジリングは、ＥＳＣの環状棚の上に直接配置される。

【0015】

一実装形態では、プラズマ処理時におけるＲＦ電源からＥＳＣへのＲＦ電力の供給が、ＥＳＣへの下方内側エッジリングの容量結合を提供する。

【0016】

一実装形態では、プラズマ処理時における容量結合は、プラズマ処理時に画定されるプラズマシースを、上方エッジリングを実質的に覆うように画定される空間領域内で半径方向に広がらせる。

【0017】

一実装形態では、プラズマ処理時における容量結合は、基板の縁領域におけるイオン集束を低減する。

【0018】

一実装形態では、プラズマ処理時における容量結合は、基板の縁領域におけるイオン軌道の、基板の上面に垂直な方向からの傾斜を低減する。

【0019】

一実装形態では、上方エッジリングは、環状に成形され、内径と外径との間で約１９０〜２３０ｍｍの範囲で広がり、約１５〜２５ｍｍの半径方向厚さ／幅と、約２〜５ｍｍの高さとを有する。

【0020】

一実装形態では、下方内側エッジリングは、環状に成形され、内径と外径との間で約１９０〜２２５ｍｍの範囲で広がり、約１５〜２０ｍｍの半径方向厚さ／幅と、約８〜１５ｍｍの高さとを有する。

【0021】

一実装形態では、下方内側エッジリングの内径は、ＥＳＣの環状段差によって画定される側壁と、下方内側エッジリングとの間に環状の隙間を画定するために、側壁の直径を約０．５〜１ｍｍ上回る。

【0022】

一実装形態では、下方外側エッジリングは、環状に成形され、内径と外径との間で約２２０〜２４５ｍｍの範囲で広がり、約１０〜１５ｍｍの半径方向厚さ／幅と、約８〜１５ｍｍの高さとを有する。

【0023】

一実装形態では、上方エッジリングは、上面を有し、上方エッジリングの上面は、上方エッジリングの内径に画定される段差縁を有し、この段差縁の下部は、基板が存在するときにその基板が段差縁の下部の上に広がるように、ＥＳＣの上面よりも低い高さに位置するように構成される。

【0024】

一実装形態では、下方内側エッジリングは、イットリアの外側被覆を含む。

【0025】

一実装形態では、プラズマ処理のためのシステムが提供される。このシステムは、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内に配置される静電チャック（ＥＳＣ）であって、ＥＳＣは、プラズマ処理時に基板を支えるように構成される上面を有し、更に、上面を取り巻く環状段差を含み、環状段差は、上面よりも低い高さに環状棚を画定する、ＥＳＣと、環状棚の上方に配置される上方エッジリングであって、電気絶縁材料で形成される上方エッジリングと、環状段差の中で上方エッジリングの下方に配置され、環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、内側エッジリングを取り巻く下方外側エッジリングであって、環状段差の中で上方エッジリングの下方に配置され、環状棚の上に配置され、電気絶縁材料で形成される下方外側エッジリングと、ＥＳＣ内に配置されるバイアス電極であって、基板にかかるバイアス電圧を生成するために第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように構成されるバイアス電極と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1A】本発明の一実施形態にしたがった、エッチング動作のためのプラズマ処理システム１００の構造図である。

【0027】

【図1B】本発明の一実施形態にしたがった、プラズマ処理システム１００の設計図である。

【0028】

【図2】何枚かの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、ウエハの縁領域にエッチングされた特徴の傾斜を示している。

【0029】

【図3】特徴プロフィールの傾斜度を、ウエハの縁からの距離に対して示したグラフである。

【0030】

【図4A】本開示の実装形態にしたがった、Lam Research Corporationによって製造されたＴＣＰ（登録商標）９４００ＤＳｉＥ（商標）（ディープシリコンエッチング）ツールの切開斜視図である。

【0031】

【図4B】既存のエッジリングアセンブリ４００を含むツールの一部分を大写しにした断面図である。

【0032】

【図4C】図４Ｂと同様の部分を大写しにした切開図である。

【0033】

【図5】本開示の実装形態にしたがった、ウエハの縁における特徴プロフィールの傾斜を低減するように構成されたエッジリングアセンブリの図である。

【0034】

【図6】本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの図である。

【0035】

【図7A】本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面図である。

【0036】

【図7B】本開示の実装形態にしたがった、図７Ａと比べて電極リング７０２の幅が増した一実装形態の図である。

【0037】

【図8A】本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面図であり、ＥＳＣへの容量結合を概念的に示している。

【0038】

【図8B】本開示の実装形態にしたがった、図８Ａの構成と相関させて半径方向位置の関数として電力を示したグラフである。

【0039】

【図9】本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面図である。

【0040】

【図10】本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの図である。

【0041】

【図11】酸化物突破プロセス、堆積プロセス、及びエッチングプロセスを含む基本プロセスの実施後におけるテストウエハを半径方向に切り開いた斜視図を示したＳＥＭ画像である。

【0042】

【図12A】ウエハの縁からの様々な距離における特徴の傾斜角度を示した表であり、標準設定（「ＳＴＤ」）からの結果と、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定（「ＨＡＡ Ｙ」）からの結果とを比較している。

【図12B】図１２で示されたデータをグラフにしたものであり、近似曲線を含む。

【0043】

【図13A】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ０．５ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図13B】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ０．７ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図13C】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ１．２ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図13D】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ０．５ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【図13E】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ０．７ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【図13F】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ１．２ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【0044】

【図14A】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ１．７ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図14B】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ２．２ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図14C】標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ２．７ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。

【図14D】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ１．７ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【図14E】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ２．２ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【図14F】イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からおおよそ２．７ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【0045】

【図15】本開示のシステムを制御するための制御モジュールの図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

本開示の実施形態は、縁に限局されたイオン軌道制御と、プラズマ動作とを通じて、極縁におけるシース及びウエハプロフィールの調整を可能にするための、方法、装置、並びにシステムを提供する。本実施形態は、プロセス、装置、システム、デバイス、材料、又は方法などの、数々のやり方で実現可能であることがわかる。幾つかの実施形態を、以下説明する。

【0047】

一部の実装形態では、受動通電式のエッジリングアセンブリを通じて、ウエハ極縁におけるイオン束及びイオン軌道の制御が実現される。このとき、静電チャック（ＥＳＣ）を取り巻くエッジリングアセンブリには、容量結合エッジリング電極が含められる。

【0048】

ＥＳＣへのエッジリング電極の容量結合を通じて、エッジリングアセンブリにわたってシースの連続性を可能にすることによって、ウエハの極縁付近におけるプラズマシース境界を修正することができる。受動通電式のエッジリング電極によって修正されたシース境界の存在は、ウエハの縁におけるイオン傾斜及びイオン集束を低減する。

【0049】

受動通電式のエッジリングアセンブリは、ウエハの縁における及びウエハの縁の近くにおけるプラズマに影響を及ぼすことができるように、メインチャックの周囲の領域に配置される。プラズマに及ぼされる影響は、縁除外領域の近くの領域及びウエハの物理的な縁の外に及ぶ領域におけるプラズマシースの均一性及び連続性の提供を助けることができる。除外領域に至るまで及び除外領域を含むところまで均一性を提供することによる利点は、ウエハごとに画定可能な有用デバイスが増えることであり、これは、製作歩留まりを向上させる。

【0050】

図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、エッチング動作のためのプラズマ処理システム１００の構造図を示している。図１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、プラズマ処理システム１００の設計図を示している。システムは、チャック１０３を含むチャンバ１０１と、誘電体窓１０７とを含む。チャック１０３は、プラズマ処理動作時に基板１０５を支えるように定められる。本明細書で言う基板は、半導体デバイス製作時に存在する原則あらゆるタイプの基板のうち、半導体ウエハ、ハードドライブディスク、光ディスク、ガラス基板、フラットパネルディスプレイ表面、液晶ディスプレイ表面を指し、ただし、これらに限定はされない。一実施形態では、チャック１０３は、基板１０５を支える及び保持するための静電チャックである。別の一実施形態では、チャック１０３は、物理的拘束によって基板１０５を保持するように定められる。チャック１０３は、バイアス整合回路１１３及びイオンエネルギ・角度分布関数（ＩＥＡＤＦ）制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１から高周波数（ＲＦ）電力を受け取るために接続された１つ以上のバイアス電極１０４（以下、バイアス電極１０４）を含む。バイアスＲＦ電源１１１は、電気接続１１９Ａ及び１１９Ｂによって示したように、基準地電位１１７とバイアス整合回路１１３との間に接続される。バイアス整合回路１１３は、ＩＥＡＤＦ制御回路１１５に電気的に接続され、ＩＥＡＤＦ制御回路１１５は、電気接続１１９Ｃによって示したように、バイアス電極１０４に電気的に接続される。

【0051】

チャック１０３が静電チャックとして定められる一実施形態では、チャック１０３は、基板１０５の把持及び解放を可能にするために、クランプ電極（不図示）を含む。また、この実施形態では、クランプ電極によるチャック１０３への基板１０５の静電把持をもたらすために、フィルタ・直流（ＤＣ）クランプ電源が提供される。また、チャック１０３は、基板１０５を受け取る、基板１０５を下降させてチャック１０３に載せる、及び基板１０５を持ち上げてチャック１０３から離すための、リフトピンなどといったその他の制御システムを含むことができる。また、図には示されていないが、チャンバ１０１内の圧力の制御を提供するために、及びプラズマ処理動作時にチャンバ１０１からガス副生成物を排出させるために、ポンプがチャンバ１０１に接続される。

【0052】

様々な実施形態において、誘電体材料で誘電体窓１０７が形成され、誘電体材料としては、特に、セラミック材料又は石英が挙げられる。その他の実施形態では、誘電体窓１０７は、チャンバ１０１内でプラズマ処理動作時に曝される条件に耐えられる限り、その他の誘電体材料でも形成できると理解される。一部のプラズマ処理動作では、チャンバ１０１は、摂氏約５０度から約１３０度の温度範囲内の昇温で動作する。総じて、チャンバ１０１内の温度は、実施する具体的なエッチングプロセスに依存する。また、チャンバ１０１は、約１０ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴの圧力範囲内の減圧条件でも動作できる。

【0053】

システム１００は、また、チャンバ１０１の外側の誘電体窓１０７の上に配置されたＴＣＰ（トランス結合プラズマ）コイル１０９を含む。ＴＣＰコイル１０９は、ＴＣＰ整合回路１２３によってＴＣＰ ＲＦ電源１２１からＲＦ電力を受け取るように接続される。具体的には、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１は、電気接続１２７Ａ及び１２７Ｂによって示したように、基準地電位１２５とＴＣＰ整合回路１２３との間に電気的に接続される。ＴＣＰ整合回路１２３は、電気接続１２７Ｂ及び１２７Ｃによって示したように、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１とＴＣＰコイル１０９との間に電気的に接続される。ＴＣＰ整合回路１２３は、ＴＣＰコイル１０９への効率的なＲＦ電力伝送を提供するために、ＴＣＰコイル１０９に到るＲＦ電力伝送経路のインピーダンスを制御するように定められる。

【0054】

プラズマ処理動作時には、チャンバ１０１にプロセスガスが流し込まれ、ＴＣＰ ＲＦ電源１２１からＴＣＰコイル１０９にＲＦ電力が供給される。ＴＣＰコイル１０９を流れるＲＦ電力は、チャンバ１０１内へ電磁電流を誘導し、該電流は、プロセスガスに作用してプラズマ１２９を発生させる。このようにして、ＴＣＰコイル１０９は、変圧器の一次コイルとして振る舞い、プラズマ１２９は、変圧器の二次コイルとして振る舞う。プラズマ１２９は、ラジカル及びイオン（陽と陰）などの反応性成分を含み、これらは、基板１０５との接触の際に基板１０５から材料を除去する、即ちエッチングする働きをする。

【0055】

チャンバ１０１は、製造施設内に設置されるときは、チャンバ１０１へのプロセスガスの供給、チャンバ１０１からのプロセスガス及び副生成物の排出、チャンバ１０１内の圧力の監視及び制御、チャンバ１０１内の温度の監視及び制御、並びに環境粒子の制御を提供するシステムに接続されることが理解されるべきである。また、チャンバ１０１は、ロボットによるチャンバ１０１への基板１０５の移送及びチャンバ１０１からの基板１０５の取り出しを提供するように定められた移送チャンバにも接続可能であることが理解されるべきである。

【0056】

動作中は、基板１０５上に存在する直流（ＤＣ）バイアス電圧を生成及び制御するために、バイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１からバイアス電極１０４にＲＦ電力が伝送され、これは、ひいては、基板１０５の上方に生成されるプラズマ１２９内に存在するイオン集団に作用する力を制御する。バイアス電極１０４に伝送されるＲＦ電力は、バイアス電極１０４に印加されるＲＦバイアス電圧に相当する。基板１０５上に蓄積するＤＣバイアス電圧及びバイアス電極１０４に印加されるＲＦバイアス電圧は、ともに、バイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ制御回路１１５によってバイアスＲＦ電源１１１からバイアス電極１０４にＲＦ電力を供給する結果として同時に発生する。したがって、バイアスＲＦ電源内のＩＥＡＤＦ制御回路１１５は、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧及びバイアス電極１０４にかかるＲＦバイアス電圧の両方に作用する。

【0057】

ＤＣバイアス電圧は、基板１０５上の特定の地点における平均イオンエネルギの表れである。ＤＣバイアス電圧は、基板１０５の充電が起きるのに伴って、基板１０５上に蓄積する。ＩＥＤＡＦ制御回路１１５は、パルスバイアスＲＦ電力供給モードでは、ＤＣバイアス電圧が発達する速度を制御する。連続波（ＣＷ）バイアスＲＦ電源モードでは、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧は、定常状態に到達することを許される。したがって、ＣＷバイアスＲＦ電源モードでは、基板１０５にかかるＤＣバイアス電圧にＩＥＡＤＦ制御回路１１５が及ぼす影響は、無関係である。また、プラズマ１２９シースの縁で（バイアス整合回路１１３、及びチャック１０３内の全ての容量層を経た後に）見られるＲＦ波は、ＩＥＡＤＦ制御回路１１５によって制御されることが理解されるべきである。また、イオンは、基板１０５に向かって加速するにつれて、プラズマ１２９シースの縁でＲＦ波に応答し、それに相応してＩＥＡＤＦを満たす。

【0058】

様々な実施形態において、ＲＦ電源１１１は、１つのＲＦ発生器又は複数のＲＦ発生器のいずれかを含むように定めることができる。また、ＲＦ電源１１１は、１つ以上の周波数でＲＦ電力を生成するように定めることができる。また、複数のＲＦ発生器の場合、ＲＦ電源１１１は、複数の周波数で同時にＲＦ電力を生成できる。バイアス整合回路１１３は、バイアス電極１０４への効率的なＲＦ電力伝送を提供するために、バイアス電極に到るＲＦ電力伝送経路のインピーダンスを制御するように定められる。

【0059】

プラズマ処理チャンバ１０１は、プラズマ処理動作時に基板１０５の露出表面に到達するエネルギイオン集団を生成及び制御するために、ＲＦ電源１１１によって様々な周波数で生成されるＲＦバイアス電力を利用する。実施されている具体的なエッチング用途に応じて、基板１０５に到達する各種エネルギのイオン集団の割合及びそれに関連付けられたイオンエネルギ・角度分布関数（ＩＥＡＤＦ）を制御することが重要だろう。基板１０５におけるＩＥＡＤＦを生成するためには、バイアスＲＦ電源１１１のパルシング、即ちバイアスパルシングを利用できる。バイアスパルシング動作は、供給されるバイアスＲＦ電力のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）及びパルスデューティサイクル（ＤＣ）に関係付けられた期間にわたり、様々なエネルギからのイオン集団の、基板１０５への移動を引き起こす。しかしながら、基板１０５に対して特定のプラズマ処理結果を得るためには、バイアスパルシング動作時に、基板１０５が曝されるＩＥＡＤＦを制御することも必要である。本発明の様々な実施形態にしたがうと、ＩＥＡＤＦ回路１１５は、基板１０５が曝される低エネルギイオン及び高エネルギイオンの集団を制御するために、バイアスパルシング動作時にＩＥＡＤＦを制御するように定められて動作される。

【0060】

上記のように、バイアスＲＦ電力は、バイアスＲＦ電源１１１からバイアス整合回路１１３及びＩＥＡＤＦ回路１１５を経てバイアス電極１０４に供給される。バイアス電極１０４からは、バイアスＲＦ電力は、プラズマ１２９を経て、電気的に接地されたチャンバ１０１の周辺構造へ伝送される。バイアス整合回路１１３内の回路コンポーネントが、プラズマ１２９を通じたバイアスＲＦ電力の効率的な伝送を可能にするためのインピーダンス整合を提供する。バイアスＲＦ供給回路は、連続波バイアスＲＦ電源モード又はパルスバイアスＲＦ電源モードのいずれかで動作させ得る。

【0061】

図２は、何枚かの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、ウエハの縁領域にエッチングされた特徴の傾斜を示している。ＳＥＭ画像２００は、ウエハの縁における切開部分の斜視図を示している。ＳＥＭ画像２０２は、ウエハの縁から約０．５ｍｍにある１５０ミクロン（μ）のトレンチの斜視図を示している。ＳＥＭ画像２０４は、ウエハの縁から約０．７ｍｍに位置する幾本かの０．６μのトレンチの断面を示している。特徴の傾斜は、極めて目立っており、おおよそ９．９６度である。ＳＥＭ画像２０６は、ウエハの縁から約１．２ｍｍにある幾本かの１．０μのトレンチの断面を示している。特徴の傾斜は、おおよそ６．４７度である。ＳＥＭ画像２０８は、ウエハの縁からおおよそ１．７ｍｍにある幾本かの２μのトレンチの断面を示しており、これらは、約３．８１度の傾斜を見せている。ＳＥＭ画像２１０は、ウエハの縁から約２．２ｍｍにある幾本かの５μのトレンチの断面を示しており、これらは、約２．４度の傾斜を見せている。ＳＥＭ画像２１２は、ウエハの縁から約２．７ｍｍにある幾本かの１０μのトレンチの断面を示しており、これらは、約１．１３度の傾斜を見せている。ＳＥＭ画像２１４は、ウエハの縁から約３．２ｍｍにある３０μのトレンチの断面を示しており、これは、約０．５１度の傾斜を見せている。ＳＥＭ画像２１６は、ウエハの縁から約４．２ｍｍにある５０μのトレンチの断面を示している。ＳＥＭ画像２１８は、ウエハの縁から約５．２ｍｍにある８０μのトレンチの断面を示している。

【0062】

図３は、特徴プロフィールの傾斜度を、ウエハの縁からの距離に対して示したグラフである。グラフからわかるように、ウエハの縁からの距離の減少に伴って、傾斜の量が指数関数的に増加する。ウエハの縁から３．２ｍｍのところでは、０．３７度の傾斜が観測され、これは、上記のように、ＳｉジャイロスコープなどのＭＥＭＳデバイスには適さないと考えられる。

【0063】

図４Ａは、本開示の実装形態にしたがった、Lam Research Corporationによって製造されたＴＣＰ（登録商標）９４００ＤＳｉＥ（商標）（ディープシリコンエッチング）ツールの切開斜視図を示している。図４Ｂは、既存のエッジリングアセンブリ４００を含むツールの一部分を大写しにした断面図を示している。図４Ｃは、図４Ｂと同様の部分を大写しにした切開図を示している。図に示したように、静電チャック（ＥＳＣ）１０３は、セラミックトップ１３１を有していてよい。更に、ＥＳＣ１０３は、環状棚１３４を画定する環状段差１３２を有する。環状棚１３４の高さは、ＥＳＣ１０３の上面１３０の高さよりも低い。環状段差１３２によって画定された環状棚１３４の上に、エッジリングアセンブリ４００が少なくとも部分的に位置決めされる。

【0064】

エッジリングアセンブリ４００は、ＥＳＣ１０３の上面１３０を取り巻く石英エッジリング４０２を含み、このエッジリングは、環状段差１３２の中で環状棚１３４の上方に配置される。環状段差１３２中で石英エッジリングの下方には、アルミナエッジリング４０４が配置される。アルミナエッジリング４０４を取り巻くように、アルミナスペーサ４０８が画定される。石英エッジリング４０２及びアルミナスペーサを取り巻くように、陽極酸化アルミニウム（Ａｌ）接地リング４０６が画定される。接地リング４０６は、チャンバ壁に接地される。

【0065】

また、プラズマシース１２９も、概念的に示されている。プラズマシース１２９は、おおよそウエハ１０５の縁領域まで広がり、ただし、この地点で、電気絶縁性の石英エッジリング４０２が原因で崩れる。その結果、シースは、ウエハ１０４の周縁とその周縁を超えたところとで連続しておらず、これは、イオン軌道をウエハ上面に垂直な方向から傾斜させ、それによって、エッチング特徴の傾斜をもたらす。

【0066】

図５は、本開示の実装形態にしたがった、ウエハの縁における特徴プロフィールの傾斜を低減するように構成されたエッジリングアセンブリを示している。エッジリングアセンブリは、ＥＳＣ１０３の上面を取り巻くトップエッジリング５００を含む。様々な実施形態において、トップエッジリング５００は、石英又は酸化イットリウム（イットリア）などの絶縁材料で形成される。トップエッジリング５００は、環状段差１３２の環状棚１３４の上方に配置される。トップエッジリング５００の下方は、受動通電式の電極リング５０２である。

【0067】

一部の実装形態では、電極リング５０２は、電極リング５０２の表面上の陽極酸化層が電極リング５０２をＥＳＣ１０３から電気的に絶縁するように、硬質陽極酸化アルミニウムで形成される。一部の実装形態では、ＥＳＣと電極リングとを電気的に絶縁するために、側壁１３６及び環状棚１３４など電極リング５０２に接触する又は隣接するＥＳＣの外表面も陽極酸化されてよい。更に他の実装形態では、ＥＳＣと電極リングとの間に、別途の絶縁体（不図示）が画定される。電極リング５０２は、環状段差の中で環状棚１３４の上に配置され、環状段差１３２によって画定されたＥＳＣの側壁１３６を取り巻く。

【0068】

更に以下で論じられるように、電極リング５０２とＥＳＣ１０３との間には隙間がある。電極リング５０２は、ＥＳＣにＲＦ電力が供給されるときに隙間によって所望レベルのＥＳＣへの容量結合が提供されるように構成できる。容量結合は、プラズマシースをウエハの縁の外へ、即ちウエハの縁を超えて広がらせ、ウエハの縁におけるプロフィールの傾斜を改善するために、ＲＦ電力を電極リング５０２に提供する。

【0069】

例示の実装形態では、トップエッジリング５００及び電極リング５０２の両方を、石英外側リング５０４が取り巻く。石英外側リング５０４は、電極リング５０２を接地リング５０６から隔てる。スペーサ５０８（例えば、アルミナ）が、ＥＳＣを接地リング５０６から隔てる。

【0070】

一部の実装形態では、トップ／上方エッジリング５００は、環状に成形され、内径と外径との間で約１９０〜２３０ｍｍの範囲で広がる。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の高さは、約２〜５ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の高さは、約２〜４ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の高さは、約３ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の高さは、約３．２ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の半径方向厚さ／幅は、約１０〜２５ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の半径方向厚さ／幅は、約１５〜２５ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の半径方向厚さ／幅は、約１１〜１４ｍｍである。一部の実装形態では、トップエッジリング５００の半径方向厚さ／幅は、約１２〜１３ｍｍである。

【0071】

一部の実装形態では、下方内側エッジリングは、環状に成形され、内径と外径との間で約１９０〜２２５ｍｍの範囲で広がる。一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約８〜１５ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約９〜１２ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約９．７ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の半径方向厚さ／幅は、約１５〜２０ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の半径方向厚さ／幅は、約１０〜１５ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の幅は、約１１〜１４ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の幅は、約１２〜１３ｍｍである。

【0072】

図６は、本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリを示している。図６の例示の実装形態は、トップエッジリングが排除され、電極リング５０２の高さがトップエッジリング５０２の高さにおおよそ等しい分だけ増加されたことを除き、図５のそれと同様である。この構成は、上を覆うトップエッジリングなどの追加の絶縁層が不在であるゆえに、電気的性能を向上させる。しかしながら、電極リングの露出表面（例えば、陽極酸化アルミニウム表面）は、スパッタリングされる恐れがあり、ウエハの縁における歩留まりの喪失を招くことがある。

【0073】

一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約１０〜１６ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約１２〜１４ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の高さは、約１２．９ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の幅は、約１１〜１４ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の幅は、約１２〜１３ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング５０２の幅は、約１２．５ｍｍである。

【0074】

図７Ａは、本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面を示している。例示の実装形態では、ＥＳＣの上面を取り巻くように、石英上方エッジリング７００が画定される。取り扱いの目的に適した耐性を尚も提供しつつも電気的性能を向上させるために、上方エッジリング７００は、その他の実施形態と比べて厚さが低減されている。一部の実装形態では、上方エッジリング７００の厚さは、約２〜３ｍｍである。一部の実装形態では、上方エッジリング７００の厚さは、約２．５ｍｍである。

【0075】

上方エッジリングの下方には、環状段差１３２の中で環状棚１３４の上に、受動通電式の硬質陽極酸化アルミニウム電極リング７０２が配置される。電極リング７０２は、環状段差１３２によって画定された側壁１３６を取り巻く（尚且つ側壁１３６に半径方向に隣接する）。石英下方外側リング７０４が、電極リング７０２を取り巻き（尚且つ半径方向に隣接し）、やはり、環状段差１３２の中で上方エッジリング７００の下方に配置され、環状棚１３４の上に配置される。セラミック／アルミナスペーサ７０８が、下方外側リング７０４の下部を取り巻く（尚且つ半径方向に隣接する）。接地リング７０６が、上方エッジリング７００、下方外側リング７０４、及びスペーサ７０８を取り巻く（尚且つ半径方向に隣接する）。

【0076】

一部の実装形態では、電極リング７０２の高さは、約９〜１２ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング７０２の高さは、約１０〜１１ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング７０２の高さは、約１０．４ｍｍである。

【0077】

様々な実装形態において、電極リング７０２の幅は、可変であってよい。図７Ｂに示された実装形態では、電極リング７０２の幅は、図７Ａのそれと比べて増加している。一部の実装形態では、電極リング７０２の幅は、約１０〜２０ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング７０２の幅は、約１５〜１８ｍｍである。一部の実装形態では、電極リング７０２の幅は、約１６ｍｍである。より幅広の電極リングを提供することによる利点は、より広い面積にわたって更に大きい容量結合及びＥＳＣへの更に多くの電力移送を可能にすることであり、これは、プラズマシースを更に上方エッジリングの領域の上まで広げられるだろう。

【0078】

図８Ａは、本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面であり、ＥＳＣへの容量結合を概念的に示している。下方内側エッジリングを画定している電極リング７０２は、導電性材料で形成することができ、外側の絶縁層８００を含んでいてよい。一部の実装形態では、電極リング７０２は、硬質陽極酸化アルミニウムリングであり、この場合、外側の絶縁層８００は、Ａｌ₂Ｏ₃の陽極酸化層によって画定される。一部の実装形態では、ＥＳＣ１０３は、電極リング７０２に隣接する側壁１３６及び環状棚１３４の外表面上に画定された絶縁層８０２を含んでいてよい。一部の実装形態では、ＥＳＣの絶縁層８０２は、（例えば、アルミニウムの）陽極酸化層である。

【0079】

電極リング７０２は、環状の隙間８０４によって側壁１３６から隔てられ、この隙間８０４は、プラズマ処理時にＥＳＣの熱膨張を提供するように構成される。更に、隙間８０４は、側壁１３６と電極リング７０２の内表面との間であるガス／空気の別の絶縁層を画定する。こうして、電極リング７０２の内表面の面積、対応する側壁１３６の面積、及びこれらの領域に沿って電極リングの導電性部分とＥＳＣの導電性部分とを隔てる距離（誘電体分離を形成する）にしたがって、第１の静電容量Ｃ₁が定められる。環状の隙間は、電極リングに受動的に伝達されると予想されるＥＳＣにかかるＲＦ電力を修正するために調整できる。電極リングにおけるＲＦ電力は、ＥＳＣに伝達される電力が既定の相対量で電極リングに伝達されるように、電極リングとＥＳＣとの間の距離によって設定される静電容量の値を設定することによって受動的に且つ動的に設定される。こうして、結果として電極リングに伝わる電力が、隣り合うＥＳＣの導電性部分と電極リングの導電性部分との物理的な隔たり、即ち誘電体分離に基づいて事前に定められ、この誘電体分離の量が、電極リングに伝わる電力をスロットル調整して設定する静電容量の量を定めるように、ＥＳＣに供給される電力と電極リングに受動的に伝わる電力との間に、相関性が実現される。

【0080】

例示の実施形態では、電極リング７０２の底面は、環状棚１３４に接する。第１の静電容量と同様なやり方及び作用によって、第２の静電容量Ｃ₂が、電極リング７０２の底面の面積、及びこの領域に沿って電極リングの導電性部分とＥＳＣの導電性部分とを隔てる距離にしたがって定められる。電極リング７０２とＥＳＣ１０３との間の総静電容量は、静電容量Ｃ₁及びＣ₂の両方によって定められる。

【0081】

静電容量Ｃ₁及びＣ₂は、所望の効果を実現するために調整可能であることがわかる。例えば、これらの静電容量は、容量結合を通じてＥＳＣから電極リング７０２に伝達される電力を既定の量だけ降下させるように調整することが望ましいかもしれない。図８Ｂは、本開示の実装形態にしたがった、図８Ａの構成と相関させて半径方向位置の関数として電力を示したグラフである。基板の上面に、ＥＳＣを通じて提供される電力Ｐ₁が生じる。上方エッジリングの上面には、電力Ｐ₂が生じる。電力Ｐ₂は、ＥＳＣへの電極リングの容量結合を通じて生成されるので、この容量結合に作用するパラメータは、Ｐ₂をＰ₁の既定の割合／パーセンテージにするために特別に調整できる。一部の実装形態では、電力Ｐ₂は、電力Ｐ₁の約５０％から１００％未満であるように設定される。一部の実装形態では、電力Ｐ₂は、電力Ｐ₁の約６０〜９０％であるように設定される。一部の実装形態では、電力Ｐ₂は、電力Ｐ₁の約７０〜８０％であるように設定される。

【0082】

図９は、本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリの断面を示している。図に示したように、上方エッジリング７００は、高さＨ₁と、半径方向幅Ｗ₁とを有する環状構造である。半径方向幅Ｗ₁は、上方エッジリングの内径から上方エッジリングの外径に至る。上方エッジリングは、上面９０４を有し、この上方エッジリング７００の上面９０４は、上方エッジリングの内径に画定された段差縁９０６を有する。段差縁９０６の下部９０８は、基板がこの段差縁の下部の上に広がるように、ＥＳＣの上面１３０よりも低い高さに位置するように構成される。上方エッジリングは、石英又はイットリアなどの絶縁材料で形成される。

【0083】

環状電極リング７０２が、下方内側エッジリングを画定し、ＥＳＣ１０３に容量結合される。この電極リングは、環状段差１３２の中で上方エッジリングの下方に配置され、環状棚１３４の上に直接配置される。電極リング７０２は、環状の隙間８０４によって側壁１３６から隔てられた内表面９００を有する。環状の隙間８０４は、内表面９００と側壁１３６との間の半径方向距離を定め、これは、既定の静電容量を提供するように構成できる。一部の実装形態では、環状の隙間８０４は、約０．５〜１ｍｍの半径方向分離距離を定める。電極リング７０２の底面９０２は、環状棚１３４の上に座している。電極リング７０２は、高さＨ₂と、半径方向幅Ｗ₂とを有する。電極リング７０２は、導電性材料で形成され、絶縁表面材料を含んでいてよい。一実装形態では、電極リング７０２は、アルミニウムの芯と、陽極酸化された表面とを有する陽極酸化アルミニウム材料で形成される。

【0084】

下方外側エッジリング７０４が、電極リング７０２を取り巻く。下方外側エッジリング７０４は、高さＨ₃と、半径方向幅Ｗ₃とを有する環状構造である。下方外側エッジリング７０４は、上方エッジリング７００の下方で、環状棚１３４の上に直接配置される。下方外側エッジリング７０４は、石英などの絶縁材料で形成される。

【0085】

第１の誘電体分離Ｓ₁が、環状段差１３２の側壁１３６及び対応する電極リング７０２の内表面９００に沿って、ＥＳＣ１０３の導電性部分と電極リング７０２の導電性部分とを隔てる。第２の誘電体分離Ｓ₂が、環状棚１３４及び対応する電極リング７０２の底面９０２に沿って、ＥＳＣ１０３の導電性部分と電極リング７０２の導電性部分とを隔てる。誘電体分離Ｓ₁及びＳ₂は、設定可能であり、（陽極酸化層にできる）絶縁層８００及び８０２の厚さ、並びに（誘電体分離Ｓ₁に影響を及ぼす）環状の隙間の半径方向幅に基づいて定められる。

【0086】

上述した寸法及びパラメータは、いずれも、基板の縁領域におけるエッチング特徴の傾斜の減少を実現するように調整されてよいことがわかり、このような調整は、ＥＳＣ１０３から電極リング７０２への電力の受動的伝達を通じて実現される。

【0087】

図１０は、本開示の実装形態にしたがった、エッジリングアセンブリを示している。図１０の実装形態は、電極リング５０２をスパッタリングから保護するために、電極リングの陽極酸化アルミニウム表面の上にイットリア誘電体被覆１０００が提供されていることを除き、図６の実装形態と同様である。様々な実装形態において、イットリア被覆は、約５０〜４００μｍの範囲の厚さを有していてよい。

【0088】

イットリアで被覆された硬質陽極酸化アルミニウム（ＨＡＡ）電極リングの効果が、Lam Research Corporationによって製造された９４００ＤＳｉＥ ＩＩツールを使用し、２００ｍｍの格子状テストウエハを用いて標準ハードウェア設定と対比してテストされた。図１１は、酸化物突破プロセス、堆積プロセス、及びエッチングプロセスを含む基本プロセスの実施後におけるテストウエハを半径方向に切り開いた斜視図を示したＳＥＭ画像である。図に示したように、ウエハの縁からおおよそ０．５ｍｍのところから始まって、一連のエッチング特徴がある。

【0089】

図１２Ａは、ウエハの縁からの様々な距離における特徴の傾斜角度を示した表であり、標準設定（「ＳＴＤ」）からの結果と、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定（「ＨＡＡ Ｙ」）からの結果とを比較している。図１２Ｂは、図１２で示されたデータをグラフにしたものであり、近似曲線を含む。曲線１２００は、標準設定の場合について、特徴プロフィールの傾斜を縁からの距離の関数として示している。グラフに示したように、特徴プロフィールの傾斜は、ウエハの縁に近づくときに指数関数的に増加する。曲線１２０２は、本開示の実装形態にしたがった、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定の場合について、特徴プロフィールの傾斜を縁からの距離の関数で示している。グラフに示したように、特徴プロフィールの傾斜は、標準設定の場合と比べて激減している。

【0090】

図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１３Ｃは、標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からそれぞれおおよそ０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、及び１．２ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。図１３Ｄ、図１３Ｅ、及び図１３Ｆは、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からそれぞれおおよそ０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、及び１．２ｍｍにある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【0091】

図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃは、標準設定を使用して処理された、ウエハの縁からそれぞれおおよそ１．７ｍｍ、２．２ｍｍ、及び２．７ｍｍにある特徴の断面を示したＳＥＭ画像である。図１４Ｄ、図１４Ｅ、及び図１４Ｆは、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定を使用して処理された、ウエハの縁からそれぞれおおよそ１．７ｍｍ、２．２ｍｍ、及び２．７にある特徴の断面を示した対応するＳＥＭ画像である。

【0092】

ＳＥＭ画像に示したように、イットリアで被覆されたＨＡＡ電極リングを用いた設定は、標準設定と比べて大幅な特徴プロフィール傾斜の減少を見せている。

【0093】

図１５は、上述したシステムを制御するための制御モジュール１５００を示している。例えば、制御モジュール１５００は、プロセッサ、メモリ、及び１つ以上のインターフェースを含んでいてよい。制御モジュール１５００は、システム内のデバイスを一部には検知値に基づいて制御するために用いられてよい。例えば、制御モジュール１５００は、検知値及びその他の制御パラメータに基づいて、バルブ１５０２、フィルタヒータ１５０４、ポンプ１５０６、及びその他のデバイス１５０８の１つ以上を制御してよい。制御モジュール１５００は、例えば圧力計１５１０、流量計１５１２、温度センサ１５１４、及び／又はその他のセンサ１５１６からの検知値を受信する。制御モジュール１５００は、前駆体供給時及びプラズマ処理時におけるプロセス条件を制御するために用いられてもよい。制御モジュール１５００は、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含む。

【0094】

制御モジュール１５００は、前駆体供給システム及びプラズマ処理装置の活動を制御してよい。制御モジュール１５００は、特定のプロセスの、プロセスタイミング、供給システム温度、フィルタ間の圧力差、バルブの位置、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハチャック又は台座の位置、及びその他のパラメータを制御するための命令一式を含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール１５００は、また、圧力差を監視し、１本以上の経路から１本以上の他の経路へ蒸気前駆体の供給を自動的に切り替えてもよい。実施形態によっては、制御モジュール１５００に関係付けられたメモリデバイスに格納されたその他のコンピュータプログラムが用いられてもよい。

【0095】

通常は、制御モジュール１５００にユーザインターフェースが関連付けられている。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ１５１８（例えば、装置及び／又はプロセス条件の、ディスプレイ画面及び／又はグラフィックソフトウェアディスプレイ）や、ポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォン等のユーザ入力デバイス１５２０が挙げられる。

【0096】

前駆体供給、プラズマ処理、及びプロセス手順におけるその他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどの、従来の任意のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語で記述できる。プログラムに指定されたタスクを実施するために、コンパイル済みのオブジェクトコード又はスクリプトがプロセッサによって実行される。

【0097】

制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベル及び低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、並びにチャンバ壁温度などの、プロセス条件に関する。

【0098】

システムソフトウェアは、様々に設計又は構成されてよい。例えば、本発明の堆積プロセスを実施するために必要とされるチャンバコンポーネントの動作を制御するために、様々なチャンバコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。これを目的としたプログラム又はプログラム部分の例として、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、及びプラズマ制御コードが挙げられる。

【0099】

基板位置決めプログラムは、基板を台座又はチャックに載せるために使用される並びに基板とガス入口及び／又は標的などのチャンバのその他の部品との間の間隔を制御するために使用されるチャンバコンポーネントを制御するための、プログラムコードを含んでいてよい。プロセスガス制御プログラムは、ガスの組成及び流量を制御するための、並びに随意としてチャンバ内の圧力を安定化させるために堆積に先立ってチャンバにガスを流し込むための、コードを含んでいてよい。フィルタモニタリングプログラムは、（１つ以上の）測定された差を（１つ以上の）所定の値と比較するためのコード、及び／又は経路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、チャンバの排気システムにおける例えばスロットルバルブを調節することによってチャンバ内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。ヒータ制御プログラムは、前駆体供給システム内のコンポーネント、基板、及び／又はシステムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、ウエハチャックへの、ヘリウムなどの伝熱ガスの供給を制御してよい。

【0100】

処理の際に監視可能なセンサの非限定的な例として、質量流量制御モジュール、圧力計１５１０などの圧力センサ、供給システム内に位置付けられる熱電対、台座、又はチャック（例えば温度センサ１５１４）が挙げられる。これらのセンサからのデータと併せて、適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムが、所望のプロセス条件を維持するために使用されてよい。以上は、単独チャンバ又は複数チャンバを含む半導体処理ツールにおける発明の実施形態の実装形態を説明している。

【0101】

実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものであり、包括的であること又は発明を制限することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、総じて、その特定の実施形態に制限されず、たとえ具体的に図示又は説明されていなくても、該当するところでは代替可能であり、選択された実施形態に使用し得る。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、また、様々なヴァリエーションをとってもよい。このようなヴァリエーションは、発明からの逸脱とは見なされず、このような変更形態も、全て、発明の範囲内に含まれることを意図される。

【0102】

以上の実施形態は、理解を明瞭にする目的で幾らか詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で、特定の変更及び修正が加えられることが明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、本明細書で与えられる詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で変更されてよい。例えば、以下の適用例としても実施可能である。
［適用例１］
プラズマ処理チャンバのためのエッジリングアセンブリであって、
ＲＦ電源への電気的接続のために構成された静電チャック（ＥＳＣ）を取り巻くように構成される上方エッジリングであって、前記ＥＳＣは、基板を支えるための上面と、前記上面を取り巻く環状段差とを有し、前記環状段差は、前記上面よりも低い環状棚を画定し、かつ前記環状棚の上方に配置され、電気絶縁材料で形成される、上方エッジリングと、
前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、前記ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、
前記下方内側エッジリングを取り巻く下方外側エッジリングであって、前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置され、電気絶縁材料で形成される下方外側エッジリングと、
を備えるエッジリングアセンブリ。
［適用例２］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングと前記ＥＳＣとの間の誘電体分離が、既定の静電容量を提供するように構成され、前記ＲＦ電源から前記ＥＳＣに伝達される電力は、前記既定の静電容量によって決定される既定の相対量で前記下方内側エッジリングに伝達されるエッジリングアセンブリ。
［適用例３］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、石英材料で形成されるエッジリングアセンブリ。
［適用例４］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方外側エッジリングは、石英材料で形成されるエッジリングアセンブリ。
［適用例５］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、アルミニウム材料で形成されるエッジリングアセンブリ。
［適用例６］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、前記ＥＳＣからの電気的絶縁を提供する陽極酸化アルミニウム表面を有するエッジリングアセンブリ。
［適用例７］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリング及び前記下方外側エッジリングは、前記ＥＳＣの前記環状棚の上に直接配置されるエッジリングアセンブリ。
［適用例８］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記ＲＦ電源から前記ＥＳＣへのＲＦ電力の供給が、前記ＥＳＣへの前記下方内側エッジリングの容量結合を提供するエッジリングアセンブリ。
［適用例９］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記容量結合は、前記プラズマ処理時に画定されるプラズマシースを、前記上方エッジリングを実質的に覆うように画定される空間領域内で半径方向に広がらせるエッジリングアセンブリ。
［適用例１０］
適用例９に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記容量結合は、前記基板の縁領域におけるイオン集束を低減するエッジリングアセンブリ。
［適用例１１］
適用例１０に記載のエッジリングアセンブリであって、
プラズマ処理時における前記容量結合は、前記基板の前記縁領域におけるイオン軌道の、前記基板の上面に垂直な方向からの傾斜を低減するエッジリングアセンブリ。
［適用例１２］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、環状に成形され、約１５〜２４ｍｍの半径方向厚さと、約２〜５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。
［適用例１３］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、環状に成形され、約１５〜２０ｍｍの半径方向厚さと、約８〜１５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。
［適用例１４］
適用例１３に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングの内径は、前記ＥＳＣの前記環状段差によって画定される側壁と、前記下方内側エッジリングとの間に環状の隙間を画定するために、前記側壁の直径を約０．５〜１ｍｍ上回るエッジリングアセンブリ。
［適用例１５］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方外側エッジリングは、環状に成形され、約１０〜１５ｍｍの半径方向厚さと、約８〜１５ｍｍの高さとを有するエッジリングアセンブリ。
［適用例１６］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記上方エッジリングは、上面を有し、前記上方エッジリングの前記上面は、前記上方エッジリングの内径に画定される段差縁を有し、前記段差縁の下部は、前記基板が存在するときに前記基板が前記段差縁の前記下部の上に広がるように、前記ＥＳＣの前記上面よりも低い高さに位置するように構成されるエッジリングアセンブリ。
［適用例１７］
適用例１に記載のエッジリングアセンブリであって、
前記下方内側エッジリングは、イットリアの外側被覆を含むエッジリングアセンブリ。
［適用例１８］
プラズマ処理のためのシステムであって、
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に配置される静電チャック（ＥＳＣ）であって、前記ＥＳＣは、プラズマ処理時に基板を支えるように構成される上面を有し、更に、前記上面を取り巻く環状段差を含み、前記環状段差は、前記上面よりも低い高さに環状棚を画定する、ＥＳＣと、
環状棚の上方に配置される上方エッジリングであって、電気絶縁材料で形成される上方エッジリングと、
前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置される下方内側エッジリングであって、導電性材料で形成され、前記ＥＳＣから電気的に絶縁される下方内側エッジリングと、
前記下方内側エッジリングを取り巻く下方外側エッジリングであって、前記環状段差の中で前記上方エッジリングの下方に配置され、前記環状棚の上に配置され、電気絶縁材料で形成される下方外側エッジリングと、
前記ＥＳＣ内に配置されるバイアス電極であって、前記基板にかかるバイアス電圧を生成するために第１のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように構成されるバイアス電極と、
を備えるシステム。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図13F】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図14E】

【図14F】

【図15】