(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体の基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面の上に位置する高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記基板の上方の領域にプラズマを閉じ込めるフォーカスリングと、
前記環状支持面と前記ＲＦ結合リングとの間に位置し、熱伝導性および電気伝導性を有する下部ガスケットと、
前記基板支持部に載置された基板の外周の温度制御を目的として、前記フォーカスリングより内側かつ前記ＲＦ結合リングの上に位置するよう設けられたホットエッジリングであり、前記基板支持部は、基板を、前記基板の外縁部が前記ホットエッジリングの上に張り出す状態で支持するように構成される、ホットエッジリングと、
前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する上部熱伝導媒体と
を備え、
前記上部熱伝導媒体は、
同心状に配置された内側Ｏリングおよび外側Ｏリングを備え、前記内側Ｏリング、前記外側Ｏリング、前記ホットエッジリング、および前記ＲＦ結合リングは、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された容積を画成し、前記加圧熱伝達ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素を含む
組立体。
【請求項２】
前記内側Ｏリングおよび外側Ｏリングは、前記ＲＦ結合リング内に形成された環状流路を囲み、前記内側Ｏリング、前記外側Ｏリング、および前記環状流路は、同心状に配置される請求項１記載の組立体。
【請求項３】
請求項１記載の組立体であって、更に、
コントローラと、
プラズマ処理中に前記ホットエッジリングの温度を測定して前記コントローラに入力信号を供給するように構成された温度センサと、
前記容積に接続され、前記コントローラの指示を受けて前記容積に前記加圧熱伝達ガスを供給して当該容積内のガス静圧を増加させる動作が可能な熱伝達ガス源および前記コントローラの指示を受けて前記容積内の前記加圧熱伝達ガスの排出を行う動作が可能な真空ポンプと
を備える組立体。
【請求項４】
前記基板支持部は、冷却液により能動的に冷却される請求項１記載の組立体。
【請求項５】
前記ＲＦ結合リングは、前記環状支持面に機械的にクランプされ、前記ホットエッジリングは、前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされる請求項１記載の組立体。
【請求項６】
請求項１記載の組立体であって、
前記ＲＦ結合リングは、前記環状支持面にボルト留めされ、更に、半径方向に延びるフランジを有するクランプリングを備え、前記ホットエッジリングは、前記フランジに接合して前記ホットエッジリングを前記ＲＦ結合リングに固定するように構成された周辺陥凹部を有し、前記クランプリングは前記ＲＦ結合リングにボルト留めされる組立体。
【請求項７】
更に、前記クランプリングと前記ホットエッジリングとの間にポリイミドリングを備える請求項６記載の組立体。
【請求項８】
前記ＲＦ結合リングは、酸化アルミニウム、シリコン、炭化ケイ素、または窒化アルミニウムにより構成され、前記ホットエッジリングは、シリコン、炭化ケイ素、または石英により構成される請求項１記載の組立体。
【請求項９】
プラズマ反応チャンバ内の基板のプラズマ処理中に請求項３記載のホットエッジリング組立体の温度を制御する方法であって、
前記基板支持部上において前記基板を支持するステップと、
前記プラズマ反応チャンバ内に処理ガスを導入するステップと、
前記処理ガスを励起してプラズマ状態とするステップと、
前記ホットエッジリングの温度を測定するステップと、
前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を下回る場合、前記容積に対する加圧熱伝達ガスの圧力を減少させるステップ、或いは、前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を上回る場合、前記容積に対する前記加圧熱伝達ガスの前記圧力を増加させるステップと、
前記プラズマにより前記基板を処理するステップと
を備える方法。
【請求項１０】
前記基板を前記プラズマにより処理するステップは、（ａ）半導体材料、金属、または誘電材料の層のプラズマエッチング、または（ｂ）導電または誘電材料の堆積を含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１の組立体を備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ反応チャンバは、半導体、金属、または誘電材料をエッチングするように構成されたプラズマエッチャ、或いは導電または誘電材料を堆積させるように構成された堆積チャンバである、プラズマ処理装置。
【請求項１２】
プラズマ反応チャンバ内に支持された半導体の基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面上に位置し、前記環状支持面に機械的にクランプされる高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記基板の上方の領域にプラズマを閉じ込めるフォーカスリングと、
前記環状支持面とＲＦ結合リングとの間に位置する下部熱伝導媒体と、
前記基板支持部に載置された基板の外周の温度制御を目的として、前記フォーカスリングより内側かつ前記ＲＦ結合リングの上に位置するよう設けられ、前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされるホットエッジリングと、
前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する上部熱伝導媒体と、
前記ＲＦ結合リングに埋め込まれた加熱要素と、
コントローラに応答して、前記加熱要素に電力を供給するように構成された電源と
を備える組立体。
【請求項１３】
請求項１２記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、前記下部熱伝導媒体は、
同心状に配置された第１の内側Ｏリングおよび第１の外側Ｏリングであり、前記ＲＦ結合リングおよび前記環状支持面と共に、減圧状態でガスを収容するように構成された第１の容積を画成する、前記第１の内側Ｏリングおよび第１の外側Ｏリング、または
下部ガスケット
を備える組立体。
【請求項１４】
請求項１３記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、前記上部熱伝導媒体は、
同心状に配置された第２の内側Ｏリングおよび第２の外側Ｏリングであり、前記ホットエッジリングおよび前記ＲＦ結合リングと共に、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された第２の容積を画成する、前記第２の内側Ｏリングおよび第２の外側Ｏリング、または
熱伝導性および電気伝導性を有する上部ガスケット
を備える組立体。
【請求項１５】
請求項１４記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、更に
コントローラと、
プラズマ処理中に前記ホットエッジリングの温度を測定して前記コントローラに入力信号を供給するように構成された温度センサと、
前記第１の容積および第２の容積に接続され、前記コントローラの指示を受けて前記第１および第２の容積に前記加圧熱伝達ガスを供給して前記第１の容積および前記第２の容積内のガス静圧を増加させる動作が可能な熱伝達ガス源および前記コントローラの指示を受けて前記第１の容積および前記第２の容積内の前記加圧熱伝達ガスの排出を行う動作が可能な真空ポンプと、
を備える組立体。
【請求項１６】
プラズマ反応チャンバ内の基板のプラズマ処理中に請求項１５記載のホットエッジリング組立体の温度を制御する方法であって、
前記基板支持部上において前記基板を支持するステップと、
前記プラズマ反応チャンバ内に処理ガスを導入するステップと、
前記ホットエッジリングの温度を測定するステップと、
前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を下回る場合、前記ホットエッジリングの前記温度を上昇させるために前記加熱要素に電力を供給するステップ、或いは、前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を上回る場合、前記加熱要素への電力を停止すると共に前記第２の容積内の加圧熱伝達ガスの圧力を増加させるステップと、
前記処理ガスを励起してプラズマ状態とするステップと、
前記プラズマにより前記基板を処理するステップと
を備える方法。
【請求項１７】
プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体の基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面の上に位置する高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記基板の上方の領域にプラズマを閉じ込めるフォーカスリングと、
前記環状支持面と、前記環状支持面に機械的にクランプされた前記ＲＦ結合リングとの間に位置する下部熱伝導媒体と、
前記基板支持部に載置された基板の外周の温度制御を目的として、前記フォーカスリングより内側かつ前記ＲＦ結合リングの上に位置するよう設けられたホットエッジリングであり、前記基板支持部は、基板を、前記基板の外縁部が前記ホットエッジリングの上に張り出す状態で支持するように構成される、ホットエッジリングと、
前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされた前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する上部熱伝導媒体と
を備え、
前記下部熱伝導媒体は、
同心状に配置された第１の内側Ｏリングおよび第１の外側Ｏリングを備え、前記第１の内側Ｏリング、第１の外側Ｏリング、前記ＲＦ結合リングおよび前記環状支持面と共に、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された第１の容積を画成し、
前記上部熱伝導媒体は、
同心状に配置された第２の内側Ｏリングおよび第２の外側Ｏリングを備え、前記第２の内側Ｏリング、前記第２の外側Ｏリング、前記ホットエッジリング、および前記ＲＦ結合リングは、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された第２の容積を画成する
組立体。
【請求項１８】
前記ＲＦ結合リングは、酸化アルミニウム、シリコン、炭化ケイ素、または窒化アルミニウムにより構成され、前記ホットエッジリングは、シリコン、炭化ケイ素、または石英により構成され、前記クランプリングは、セラミック材料により構成される請求項６記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プラズマ処理装置は、エッチング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオン注入、およびレジスト剥離を含む手法により基板を処理するために使用される。プラズマ処理に使用されるプラズマ処理装置の一種は、上部および底部電極を有する反応チャンバを含む。電極間には電場を確立し、処理ガスを励起してプラズマ状態とし、反応チャンバ内の基板を処理する。
【発明の概要】
【０００２】
一実施形態によれば、プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体は、基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部を含む。高周波（ＲＦ）結合リングは、環状支持面の上に位置する。下部ガスケットは、環状支持面とＲＦ結合リングとの間に位置する。下部ガスケットは、熱伝導性および電気伝導性を有する。ホットエッジリングは、ＲＦ結合リングの上に位置する。基板支持部は、基板の外縁部がホットエッジリングの上に張り出す状態で基板を支持するように構成される。上部熱伝導媒体は、ホットエッジリングとＲＦ結合リングとの間に位置する。
【０００３】
他の実施形態によれば、プラズマ反応チャンバ内の半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体は、基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部を含む。高周波（ＲＦ）結合リングは、環状支持面に機械的にクランプされ、熱絶縁媒体は、環状支持面とＲＦ結合リングとの間に位置する。ホットエッジリングは、ＲＦ結合リングに機械的にクランプされ、熱伝導媒体は、ホットエッジリングとＲＦ結合リングとの間に位置する。
【０００４】
他の実施形態によれば、プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体は、基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部を含む。高周波（ＲＦ）結合リングは、環状支持面に機械的にクランプされ、下部熱伝導媒体は、環状支持面とＲＦ結合リングとの間に位置する。ホットエッジリングは、ＲＦ結合リングに機械的にクランプされ、上部熱伝導媒体は、ホットエッジリングとＲＦ結合リングとの間に位置する。基板支持部は、基板の外縁部がホットエッジリングの上に張り出す状態で基板を支持するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】ホットエッジリング組立体を含む、プラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極組立体および基板支持部の実施形態の一部を示す図である。
【図１Ｂ】ホットエッジリング組立体を含む、プラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極組立体および基板支持部の実施形態の一部を示す図である。
【０００６】
【図２Ａ】下部および上部熱伝導媒体を含む、ホットエッジリングと、ＲＦ結合リングと、環状支持部を有する基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】下部および上部熱伝導媒体を含む、ホットエッジリングと、ＲＦ結合リングと、環状支持部を有する基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の実施形態を示す図である。
【０００７】
【図３Ａ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、ＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、ＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【図３Ｃ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、ＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【０００８】
【図４Ａ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、加熱要素を有するＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、加熱要素を有するＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】熱伝導媒体として加圧熱伝達ガスを含む、ホットエッジリングと、加熱要素を有するＲＦ結合リングと、基板支持部とを備えたホットエッジリング組立体の別の実施形態を示す図である。
【０００９】
【図５】様々な下部および上部熱伝導媒体を使用した複数のプラズマ処理サイクル中のホットエッジリングの温度プロフィールを示すグラフである。
【００１０】
【図６Ａ】ヘリウム熱伝達ガスの変化する静圧の関数として、ホットエッジリングの温度プロフィールを示すグラフである。
【図６Ｂ】ヘリウム熱伝達ガスの変化する静圧の関数として、ホットエッジリングの温度プロフィールを示すグラフである。
【００１１】
【図７Ａ】環状流路におけるヘリウム熱伝達ガスの変化する静圧の関数として、ホットエッジリングの温度プロフィールを示すグラフである。
【図７Ｂ】環状流路におけるヘリウム熱伝達ガスの変化する静圧の関数として、ホットエッジリングの温度プロフィールを示すグラフである。
【００１２】
【図８】ホットエッジリングの温度プロフィールに対するＯリングの影響を示すグラフである。
【００１３】
【図９Ａ】様々な下部および上部熱伝導媒体を備えたホットエッジリング組立体を使用したフォトレジストのエッチング速度均一性を示すグラフである。
【図９Ｂ】様々な下部および上部熱伝導媒体を備えたホットエッジリング組立体を使用したフォトレジストのエッチング速度均一性を示すグラフである。
【図９Ｃ】様々な下部および上部熱伝導媒体を備えたホットエッジリング組立体を使用したフォトレジストのエッチング速度均一性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
集積回路デバイスの製造には、フォトレジストマスク内の開口部により画成された選択層をエッチング可能なプラズマエッチングチャンバの使用が含まれる。処理チャンバは、処理チャンバの１個以上の電極に高周波（ＲＦ）電力が印加される間に、処理ガス（即ち、エッチング化学物質）を受領するように構成される。処理チャンバ内部の圧力も、特定の処理のために制御される。所望のＲＦ電力を電極（群）に印加すると、チャンバ内の処理ガスは、活性化され、プラズマが形成されるようになる。プラズマを、このようにして生成して、ウェーハ等の半導体基板の選択層において所望のエッチングを実行する。しかしながら、ウェーハのプラズマ処理に関連する課題の１つには、プラズマの不均一性によるプロセスドリフトが含まれる（即ち、一定の時間量に渡るプロセス性能の変化）。
【００１５】
ウェーハ等の半導体基板上のエッチング速度均一性を制御するため、特に、ウェーハ中心部におけるエッチング速度を、ウェーハ縁部における速度に一致させるために、ウェーハ境界条件を設計して、ウェーハ縁部の化学物質への露出、プロセス圧力、およびＲＦ電界強度について、ウェーハ全体での連続性を確保することが好ましい。公知であるように、静電クランプ電極の下にある電力供給電極により、プラズマ処理中のウェーハに対して、ＲＦバイアスを印加することができる。しかしながら、電力供給電極から、静電クランプ電極およびウェーハを介してプラズマに至るＲＦインピーダンス経路は、電力供給電極の外側部分からプラズマに至るＲＦインピーダンス経路とは異なる場合があるため、ウェーハの縁部に生じる不均一なプラズマ密度が、ウェーハの不均一な処理につながる恐れがある。
【００１６】
こうした不均一性を軽減するために、ウェーハの周囲に取り付けるホットエッジリングおよびＲＦ結合リングが実装されてきた。プラズマ処理中のウェーハの中心部および縁部に同様のＲＦインピーダンス経路を提供することにより、プラズマ均一性を改善することができる。ＲＦインピーダンス経路は、ＲＦ結合リングの材料の選択により操作することができる。上に位置するホットエッジリングは、ＲＦ結合リングをプラズマの浸食から保護する消耗部品である。
【００１７】
エッジリングの材料は、より均一なＲＦインピーダンス経路をウェーハの中心部および縁部に提供して、より高いプラズマ密度均一性をウェーハ全体に提供するように選択することができる。しかしながら、ＲＦプラズマ等の熱源に晒されると、エッジリングは、十分に冷却できず、温度の着実な上昇につながる。この温度上昇は、複数のウェーハを短期間に連続して処理する時に、ウェーハ縁部でのエッチング速度におけるプロセスドリフト（即ち、プロセス不均一性）につながる恐れがある。このように、プラズマ処理中にホットエッジリングおよびＲＦ結合リングの温度を制御できないことは、問題となり、ウェーハ最外縁部（例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの外側５ないし７ｍｍ）におけるエッチング速度の増加、ポリマ堆積、または「第１のウェーハ効果」を発生させる場合がある。
【００１８】
第１のウェーハ効果は、最初に処理されたウェーハの加熱により間接的に引き起こされる後続のウェーハの二次加熱を意味する。具体的には、第１のウェーハの処理の完了後、加熱された処理済みウェーハと、処理チャンバの側壁とは、上部電極に向けて熱を放射する。上部電極は、その後、チャンバにおいて処理される後続のウェーハに対して、間接的に二次加熱の作用をもたらす。結果として、システムにより処理された第１のウェーハは、システムにより処理された後続のウェーハに比べて、所望のものより大きな限界寸法（ＣＤ）の変化を示す恐れがあり、これは、ウェーハ温度の変化が高アスペクト比のコンタクトビアのエッチング中にＣＤに影響する場合があるためである。後続の処理済みウェーハは、チャンバ内の温度の安定化のため、第１の処理済みウェーハと比較して、ＣＤの変化が異なるおよび／または小さい場合がある。したがって、複数のウェーハの処理に渡るエッジリング温度の着実な上昇によりプロセスドリフトが発生する恐れがあるため、次のウェーハが処理される前のエッジリングの冷却、或いは、エッジリングの温度制御を改善することが可能であり且つこれによりエッチング速度のドリフトを低減するホットエッジリング組立体は、望ましいものとなる。
【００１９】
図１Ａは、半導体基板、例えば、シリコンウェーハが処理されるプラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極組立体１０の実施形態例を示す。シャワーヘッド電極組立体１０は、上部電極１２、上部電極１２に固定されたバッキング部材１４と、熱制御板１６とを含んだシャワーヘッド電極を含む。底部電極と静電クランプ電極（例えば、静電チャック）とを含む基板支持部１８（図１に一部のみ図示）は、プラズマ処理装置の真空処理チャンバ内において、上部電極１２の下方に位置決めされる。プラズマ処理を施される基板２０は、基板支持部１８の基板支持面２２上において静電的にクランプされる。
【００２０】
例示した実施形態において、シャワーヘッド電極の上部電極１２は、内側電極部材２４と、任意の外側電極部材２６とを含む。内側電極部材２４は、円筒プレート（例えば、シリコン製のプレート）であることが好ましい。内側電極部材２４は、処理対象のウェーハ以上または以下の直径を有し、例えば、プレートがシリコン製である場合、１２インチ（３００ｍｍ以下、またはそれ以上にすることができる。好適な実施形態において、シャワーヘッド電極組立体１０は、直径３００ｍｍ以上の半導体ウェーハ等、大型の基板を処理する上で十分な大きさを有する。３００ｍｍウェーハ用として、上部電極１２は、少なくとも３００ｍｍの直径を有する。しかしながら、シャワーヘッド電極組立体は、他のウェーハサイズ、或いは円形以外の形状を有する基板を処理するようにサイズを定めることも可能である。
【００２１】
例示した実施形態において、内側電極部材２４は、基板２０よりも幅が広い。３００ｍｍウェーハを処理するために、外側電極部材２６を設けて、上部電極１２の直径を約１５インチから約１７インチに拡張する。外側電極部材２６は、連続した部材（例えば、連続したポリシリコンリング）またはセグメント化した部材（例えば、シリコン製のセグメント等、リング形状に配置された２ないし６個の別々のセグメントを含む）にすることができる。複合セグメントの外側電極部材２６を含む上部電極１２の実施形態において、セグメントは、下の接合材料をプラズマへの露出から保護するために互いに重複する縁部を有することが好ましい。
【００２２】
内側電極部材２４は、上部電極１２と基板支持部１８との間の空間へプロセスガスを噴射するために、バッキング部材１４内に形成された複数のガス通路３０を介して延びると共にこれらに対応する、複数のガス通路２８を含むことが好ましい。バッキング部材１４は、内側電極部材２４およびバッキング部材１４のそれぞれのガス通路２８および３０へ処理ガスを分配する複数のプレナム３２を含む。
【００２３】
シリコンは、内側電極部材２４および外側電極部材２６のプラズマ露出面に好適な材料となる。高純度単結晶シリコンは、プラズマ処理中に基板の汚染を最小化すると共に、プラズマ処理中に円滑に摩耗することにより、微粒子を最小限に抑える。上部電極１２のプラズマ露出面に使用可能な他の材料には、例えば、ＳｉＣまたはＡｌＮが含まれる。
【００２４】
例示した実施形態において、バッキング部材１４は、バッキングプレート３４と、バッキングプレート３４の周囲を囲んで延びるバッキングリング３６とを含む。本実施形態において、内側電極部材２４は、バッキングプレート３４と同一範囲に広がり、外側電極部材２６は、周囲のバッキングリング３６と同一範囲に広がる。しかしながら、バッキングプレート３４は、単一のバッキングプレートを使用して、内側電極部材２４と外側電極部材２６とに対応できるように、内側電極部材２４を超えて延長可能である。内側電極部材２４および外側電極部材２６は、接合部材および／または機械的な留め具によりバッキング部材１４に取り付けられることが好ましい。
【００２５】
バッキングプレート３４およびバッキングリング３６は、プラズマ処理チャンバでの半導体基板の処理に使用される処理ガスと化学的に適合し、電気および熱伝導性を有する材料により作成することが好ましい。バッキング部材１４を作成するために使用可能な適切な材料の例には、アルミニウム、アルミニウム合金、グラファイト、およびＳｉＣが含まれる。
【００２６】
上部電極１２は、熱応力に適応すると共に、上部電極１２とバッキングプレート３４およびバッキングリング３６との間において熱および電気エネルギを伝達する適切な熱および電気伝導性のエラストマ接合材料により、バッキングプレート３４およびバッキングリング３６に取り付け可能である。電極組立体の表面を互いに接合するためのエラストマの使用は、例えば、出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした、本願出願人所有の米国特許第６，０７３，５７７号において説明されている。
【００２７】
３００ｍｍウェーハのような大型基板を処理するための容量結合ＲＦプラズマチャンバでは、接地電極に加えて、二次接地を更に使用し得る。例えば、基板支持部１８は、１つ以上の周波数でＲＦエネルギが供給される底部電極を含むことが可能であり、処理ガスは、接地された上部電極であるシャワーヘッド電極１２を介して、チャンバの内部へ供給することができる。基板支持部１８内の底部電極の外側に配置された二次接地は、処理対象の基板２０を含むがホットエッジリング３８により分離された平面に全体として延びる、電気的に接地された部分を含むことができる。ホットエッジリング３８は、プラズマ生成中に加熱された状態となる導電性材料または半導体材料製にすることができる。
【００２８】
図１Ｂは、ホットエッジリング３８を囲む図１Ａの領域Ａの拡大図である。基板２０上のエッチング速度均一性を制御し、基板中心部におけるエッチング速度を基板縁部における速度に一致させるために、基板境界条件を設計して、基板縁部の化学物質への露出、プロセス圧力、およびＲＦ電界強度について、基板全体での連続性を確保することが好ましい。基板の汚染を最小化するために、ホットエッジリング３８は、基板自体に適合する材料から作成される。一例において、ホットエッジリングの材料は、シリコン、グラファイト、炭化ケイ素等を含むことができる。別の例において、ホットエッジリングの材料は、石英を含むことができる。
【００２９】
ホットエッジリング３８は、基板支持部１８の外周において基板支持面２２を囲む環状支持面４２上に設置されたＲＦ結合リング４０の上に位置する。基板支持部１８は、基板の外縁部がホットエッジリング３８の上に張り出す状態で基板２０を支持するように構成される。基板支持部１８は、基板支持部の内部（図１Ａに図示せず）に配置した冷却通路内を循環する冷却液により、能動的に冷却することができる。ＲＦ結合リング４０の材料は、基板２０の縁部においてＲＦ電界強度を漸減させて、エッチング速度均一性を高めるために選択される。例えば、ＲＦ結合リング４０は、セラミック（例えば、石英、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム）または伝導性材料（例えば、アルミニウム、シリコン、炭化ケイ素）により作成することができる。ホットエッジリング３８は、誘電材料により構成されるホットエッジリングカバー４４により囲まれる。ホットエッジリングカバー４４は、基板２０上方の領域にプラズマを閉じ込める、石英により構成可能なフォーカスリング４６の上に位置する。
【００３０】
ホットエッジリングカバー４４は、基板２０上方の領域にプラズマを閉じ込めるフォーカスリング４６の上に位置し、ホットエッジリングカバー４４は、石英により構成可能である。更に、ホットエッジリングカバー４４は、接地リングカバー４８により囲まれる。ホットエッジリングカバー４４は、接地延長部をプラズマによる侵襲から保護する。例えば、ホットエッジリングカバー４４および接地リングカバー４８は、石英またはイットリアにより構成可能である。接地延長部４９は、アルミニウムにより構成可能である。
【００３１】
基板２０のプラズマ処理中、ホットエッジリング３８と、ＲＦ結合リング４０と、基板支持部１８とは、真空環境（即ち、５０ｍＴｏｒｒ未満）に晒される。結果として、ホットエッジリング３８とＲＦ結合リング４０との間の界面Ｂと、ＲＦ結合リング４０と基板支持部１８との間の界面Ｃにおいて、真空が形成される。ＲＦ電力に晒される間にホットエッジリング３８の温度が上昇する際、ホットエッジリング３８からＲＦ結合リング４０および基板支持部１８への熱伝導による熱の移動は、適切な界面における真空の存在により、最小限となる。したがって、基板２０のプラズマ処理中にホットエッジリング３８の温度を制御する能力に対する必要性が存在する。
【００３２】
図２Ａは、温度制御式ホットエッジリング組立体２００の一実施形態を示す。基板支持部２１８は、基板支持部２１８の外周において基板支持面２２２を囲む環状支持面２４２を含む。ＲＦ結合リング２４０は、環状支持面２４２とＲＦ結合リング２４０との間に下部熱伝導媒体２５０が存在する状態で、環状支持面２４２の上に位置する。ホットエッジリング２３８は、ホットエッジリング２３８とＲＦ結合リング２４０との間に上部熱伝導媒体２６０が存在する状態で、ＲＦ結合リング２４０の上に位置する。基板支持部２１８は、基板２２０の外縁部がホットエッジリング２３８の上に張り出す状態で基板２２０を支持するように構成される。
【００３３】
一実施形態において、下部熱伝導媒体２５０は、下部ガスケット２５２を備え、上部熱伝導媒体２６０は、上部ガスケット２６２を備える。下部ガスケット２５２および上部ガスケット２６２は、熱および電気伝導性ガスケットである。好適な実施形態において、下部ガスケット２５２および上部ガスケット２６２は、金属またはポリマ材料の積層材、シリコンに基づくシート（例えば、日本、東京のＧＥＬＴＥＣＨから入手可能なλＧＥＬ(R)ＣＯＨ−４０００）、アルミニウム（またはアルミニウム合金）および充填シリコーンゴム（例えば、ミネソタ州チャンハッセンのＢｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＱ−ＰＡＤ(R)ＩＩ）の積層材、またはポリイミド材料および充填シリコンゴム（例えば、ミネソタ州チャンハッセンのＢｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＳＩＬ−ＰＡＤ(R)Ｋ−１０）の積層材、或いは、ポリイミド材料（例えば、ＤＵ  ＰＯＮＴ(R)製のＫＡＰＴＯＮ(R)ポリイミドフィルム）から成る。
【００３４】
下部ガスケット２５２および上部ガスケット２６２用の他の材料の例として、窒化ホウ素を充填したシリコーン等のサーマルフィラー材料（例えば、ＣＨＯＭＥＲＩＣＳ製のＣＨＯ−ＴＨＥＲＭ(R)１６７１）、グラファイト材料（例えば、ＧＲＡＦＴＥＣＨ製のｅＧＲＡＦ(R)７０５）、インジウム箔、相変化材料（ＰＣＭ）（例えば、ＴＨＥＲＭＡＧＯＮ製のＴ−ｐｃｍ  ＨＰ１０５）を含むことができる。
【００３５】
図２Ｂは、ホットエッジリング２３８がＲＦ結合リング２４０に機械的にクランプされ、ＲＦ結合リング２４０が環状支持面２４２に機械的にクランプされた、温度制御式ホットエッジリング組立体２００の実施形態を示す。ＲＦ結合リング２４０は、下部ボルト（例えば、周方向に間隔を空けた２ないし１２本のボルト）により、環状支持面２４２にボルト留めすることができる。ホットエッジリング２３８は、半径方向に延びるフランジ２７２Ａを含むクランプリング２７２により、ＲＦ結合リング２４０に対して機械的にクランプされる。ホットエッジリング２３８は、周辺陥凹部２３８Ａを含む。半径方向に延びるフランジ２７２Ａは、周辺陥凹部に接合し、ホットエッジリング２３８をＲＦ結合リング２４０に固定するように構成される。クランプリング２７２は、上部ボルト２７４（例えば、周方向に間隔を空けた２ないし１２本のボルト）により、ＲＦ結合リングにボルト留めされる。クランプ中のクランプリング２７２およびホットエッジリング２３８への損傷を防止すするために、平坦ポリイミドリング２７６（例えば、ＫＡＰＴＯＮ(R)ポリイミドフィルム）をクランプリング２７２とホットエッジリング２３８との間に設置することができる。ホットエッジリング２３８は、約１ｆｔ・ｌｂないし約１０ｆｔ・ｌｂのトルクによりＲＦ結合リング２４０に対してクランプすることができる。同様に、ＲＦ結合リング２４０は、約１ｆｔ・ｌｂないし約１０ｆｔ・ｌｂのトルクにより環状支持面２４２に対してクランプすることができる。
【００３６】
図３Ａは、加圧熱伝達ガスが上部熱伝導媒体３６０として使用される、温度制御式ホットエッジリング組立体３００の追加実施形態を示す。基板支持部３１８は、基板支持部３１８の外周において基板支持面３２２を囲む環状支持面３４２を含む。ＲＦ結合リング３４０は、環状支持面３４２とＲＦ結合リング３４０との間に下部熱伝導媒体３５０として下部ガスケット３５２が存在する状態で、環状支持面３４２の上に位置する。ホットエッジリング３３８は、ホットエッジリング３３８とＲＦ結合リング３４０との間に上部熱伝導媒体３６０が存在する状態で、ＲＦ結合リング３４０の上に位置する。
【００３７】
上部熱伝導媒体３６０は、同心状に配置された上部内側Ｏリング３６３Ａおよび上部外側Ｏリング３６３Ｂを含む。ホットエッジリング３３８、ＲＦ結合リング３４０、上部内側Ｏリング３６３Ａ、および上部外側Ｏリング３６３Ｂは、上部容積３６６を画成する。上部容積３６６は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素を含む一定量の加圧熱伝達ガスを収容するように構成される。一実施形態において、上部容積３６６内のヘリウムの静圧は、約３０Ｔｏｒｒまでにすることができる。好適な実施形態において、Ｏリングは、耐熱性フルオロエラストマ（例えば、ＤＵＰＯＮＴ(R)製のＶＩＴＯＮ(R)フルオロエラストマ）により構成される。
【００３８】
図３Ｂに示したように、上部内側Ｏリング３６３Ａおよび上部外側Ｏリング３６３Ｂは、ＲＦ結合リング３４０およびホットエッジリング３３８に形成された溝３６５内に配置することができる。別の実施形態では、図３Ｃに示したように、上部内側Ｏリング３６３Ａと、上部外側Ｏリング３６３Ｂと、溝３６５と、環状流路３６４とは、上部内側Ｏリング３６３Ａおよび上部外側Ｏリング３６３Ｂが環状流路３６４を囲むように同心状に配置される。環状流路３６４は、ホットエッジリング３３８の熱伝達ガス露出面３３８ＡとＲＦ結合リング３４０の熱伝達ガス露出面３４０Ａとの間の表面接触を最小化して、上部容積３６６内の熱伝達ガスの圧力（例えば、３０Ｔｏｒｒ以下）を調整することによる熱伝導性制御をより正確なものとする。一実施形態において、環状流路３６４の高さは、約１ミルないし約５ミルにすることができる。
【００３９】
図３Ａの実施形態では、下部熱伝導媒体３５０を下部ガスケット３５２として示しており、上部熱伝導媒体３６０を、ホットエッジリング３３８と、ＲＦ結合リング３４０と、上部内側Ｏリング３６３Ａと、上部外側Ｏリング３６３Ｂとにより画成された上部容積３６６として示しているが、下部熱伝導媒体３５０も加圧熱伝達ガスの下部容積（即ち、下部内側Ｏリングと、下部外側Ｏリングと、環状支持面３４２と、ＲＦ結合リング３４０とにより画成されるもの）にすることが可能であると理解される。同様に、上部熱伝導媒体３６０は、上部ガスケットにすることができる。
【００４０】
図３Ａは、更に、コントローラ３８０と、温度センサ３８２と、熱伝達ガス源３８４と、真空ポンプ３８６とを示している。温度センサ３８２は、プラズマ処理中にホットエッジリング３３８の温度を測定し、コントローラ３８０に入力信号を供給するように構成される。熱伝達ガス源３８４および真空ポンプ３８６は、上部容積３６６と流体連通する。ガス源３８４は、コントローラ３８０に応答して、上部容積３６６内の静圧を増加させる動作が可能である。同様に真空ポンプは、コントローラ３８０に応答して、容積３６６の排出を行う動作が可能である。
【００４１】
温度制御式ホットエッジリング組立体３００を備えたプラズマ処理チャンバ内での基板３２０のプラズマ処理中、基板３２０は、基板支持面３２２上で支持される。処理ガスを処理チャンバ内へ導入し、処理ガスを励起してプラズマ状態とする。ホットエッジリング３３８の温度を測定する。ホットエッジリング３３８の温度が目標温度を下回っている場合は、上部容積３６６内の熱伝達ガスの圧力を減少させる。この上部容積３６６内の熱伝達ガス圧の減少は、ホットエッジリング３３８からＲＦ結合リング３４０への熱の移動を制限し（即ち、サーマルチョーク）、これにより、ホットエッジリング３３８の温度は、ＲＦプラズマへの露出により上昇可能となる。ホットエッジリング３３８の温度が目標温度を上回っている場合は、上部容積３６６内の熱伝達ガスの圧力を増加させる。この上部容積３６６内の熱伝達ガス圧の増加は、ホットエッジリング３３８からＲＦ結合リング３４０、更に温度制御された基板支持部３１８への熱の移動を促進する。基板３２０のプラズマ処理中、ホットエッジリング３３８の温度は、連続的に監視可能であり、上部容積３６６内の熱伝達ガスの圧力は、これに応じて調整して、ホットエッジリング３３８を所望の目標温度に維持することが可能である。基板３２０のプラズマ処理は、半導体材料、金属、または誘電材料のプラズマエッチング、或いは導電または誘電材料の堆積を含むことができる。
【００４２】
図４Ａは、ＲＦ結合リング４４０に埋め込まれた加熱要素４９０を含む能動的温度制御式ホットエッジリング組立体４００の追加実施形態を示す。基板支持部４１８は、基板支持部４１８の外周において基板支持面４２２を囲む環状支持面４４２を含む。ＲＦ結合リング４４０は、環状支持面４４２とＲＦ結合リング４４０との間に下部熱伝導媒体４５０が存在する状態で、環状支持面４４２の上に位置する。ホットエッジリング４３８は、ホットエッジリング４３８とＲＦ結合リング４４０との間に上部熱伝導媒体４６０として上部ガスケット４６２が存在する状態で、ＲＦ結合リング４４０の上に位置する。
【００４３】
下部熱伝導媒体４５０は、同心状に配置された下部内側Ｏリング４６３Ｃおよび下部外側Ｏリング４６３Ｄを含む。環状支持面４４２、ＲＦ結合リング３４０、下部内側Ｏリング４６３Ｃ、および下部外側Ｏリング４６３Ｄは、下部容積４６８を画成する。下部容積４６８は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素を含む一定量の加圧熱伝達ガスを収容するように構成される。
【００４４】
図４Ｂに示したように、下部内側Ｏリング４６３Ｃおよび下部外側Ｏリング４６３Ｄは、ＲＦ結合リング４４０に形成された溝４６５内に配置することができる。別の実施形態では、図４Ｃに示したように、下部内側Ｏリング４６３Ｃと、下部外側Ｏリング４６３Ｄと、溝４６５と、環状流路４６４とは、下部内側Ｏリング４６３Ｃおよび下部外側Ｏリング４６３Ｄが環状流路４６４を囲むように同心状に配置される。環状流路４６４は、環状支持面４４２の熱伝達ガス露出面４４２ＡとＲＦ結合リング４４０の熱伝達ガス露出面４４０Ａとの間の表面接触を最小化して、上部容積４６８内の熱伝達ガスの圧力（例えば、３０Ｔｏｒｒ以下）を調整することによる熱伝導性制御をより正確なものとする。一実施形態において、環状流路４６４の高さは、約１ミルないし約５ミルにすることができる。
【００４５】
図４Ａは、更に、コントローラ４８０と、温度センサ４８２と、熱伝達ガス源４８４と、真空ポンプ４８６と、電源４８８とを示している。温度センサ４８２は、プラズマ処理中にホットエッジリング４３８の温度を測定し、コントローラ４８０に入力信号を供給するように構成される。熱伝達ガス源４８４および真空ポンプ４８６は、下部容積４６８と流体連通する。ガス源４８４は、コントローラ４８０に応答して、下部容積４６８内の静圧を増加させる動作が可能である。同様に真空ポンプ４８６は、コントローラ４８０に応答して、容積４６８の排出を行う動作が可能である。電源４８８は、加熱要素４９０に接続され、コントローラ４８０に応答して加熱要素４９０に電力を供給する。
【００４６】
能動的温度制御式ホットエッジリング組立体４００を備えたプラズマ処理チャンバ内での基板４２０のプラズマ処理中、基板４２０は、基板支持面４２２上で支持される。処理ガスを処理チャンバ内へ導入し、処理ガスを励起してプラズマ状態とする。ホットエッジリング４３８の温度を測定する。
【００４７】
ホットエッジリング４３８の温度が目標温度を下回っている場合は、電源４８８から加熱要素４９０へ電力を供給することにより、ＲＦ結合リング４４０を加熱する。一実施形態において、目標温度は、約４０℃ないし約２００℃である。ＲＦ結合リング４４０とホットエッジリング４３８との間の上部ガスケット４６２は、ＲＦ結合リング４４０からホットエッジリング４３８への熱の移動を促進する。電源４８８から加熱要素４９０へ電力を供給する一方で、下部容積４６８内の熱伝達ガスの圧力を減少させる。この下部容積４６８内の熱伝達ガス圧の減少は、加熱要素４９０から温度制御された基板支持部４１８への熱の移動を制限する（即ち、サーマルチョーク）。
【００４８】
ホットエッジリング４３８の温度が目標温度を上回っている場合は、電源４８８からの電力を停止し（加熱要素４９０が稼働中の場合）、下部容積４６８内の熱伝達ガスの圧力を増加させる。この下部容積４６８内の熱伝達ガス圧の増加は、ホットエッジリング４３８からＲＦ結合リング４４０、更に温度制御された基板支持部４１８への熱の移動を促進する。
【００４９】
基板４２０のプラズマ処理中、ホットエッジリング４３８の温度は、連続的に監視可能であり、下部容積４６８内の熱伝達ガスの圧力および加熱要素４９０への電力は、これに応じて調整して、ホットエッジリング４３８を所望の目標温度に維持することが可能である。
【００５０】
［実施例１］
【００５１】
一連の試験を実施して、プラズマ処理中にホットエッジリング２３８から熱を放散する際の図２Ａの実施形態における下部熱伝導媒体２５０および上部熱伝導媒体２６０の有効性を判定した。
【００５２】
試験は、カリフォルニア州フレモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥＸＥＬＡＮ(R)ＦＬＥＸTMエッチングシステムにおいて行った。各試験では、４枚の３００ｍｍシリコンウェーハにプラズマ処理を約１分間施した。２５ＳＣＣＭのＯ2／３５ＳＣＣＭのＣ4Ｆ8／５００ＳＣＣＭのＡｒのガス混合物を４５ｍＴｏｒｒの圧力でエッチングチャンバ内へ導入した。二重周波数の電力として、周波数約２ＭＨｚで約１００Ｗ、周波数２７ＭＨｚで約１００Ｗ（総電力２ｋＷ）を底部電力に印加した。ホットエッジリング２３８の温度は、プラズマ処理中に光ファイバ温度プローブにより測定した。ホットエッジリング２３８およびＲＦ結合リング２４０は、約２ｉｎ・ｌｂないし約６ｉｎ・ｌｂのトルクで機械的にクランプした。下部熱伝導媒体２５０および上部熱伝導媒体２６０の材料には、λＧＥＬ(R)ＣＯＨ−４０００ガスケット、Ｑ−ＰＡＤ(R)ＩＩガスケット、およびＫＡＰＴＯＮ(R)ガスケットを含めた。
【００５３】
図５は、総電力２ｋＷでの４回のプラズマサイクルについてホットエッジリングの温度プロフィールを時間の関数として示している。図５では、次の８種類の熱伝導媒体を試験している：（Ａ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部ガスケット、ＫＡＰＴＯＮ(R)上部ガスケット、トルク２ｉｎ・ｌｂ、（Ｂ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部ガスケット、ＫＡＰＴＯＮ(R)上部ガスケット、トルク４ｉｎ・ｌｂ、（Ｃ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部ガスケット、ＫＡＰＴＯＮ(R)上部ガスケット、トルク６ｉｎ・ｌｂ、（Ｄ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケット、トルク２ｉｎ・ｌｂ、（Ｅ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケット、トルク４ｉｎ・ｌｂ、（Ｆ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケット、トルク６ｉｎ・ｌｂ、（Ｇ）λＧＥＬ(R)上部ガスケット、下部熱伝導媒体無し、および（Ｈ）下部および上部熱伝導媒体無し。
【００５４】
図５の温度プロフィール（Ａ）ないし（Ｈ）のそれぞれにおいて、局所的な温度極小は、それぞれ次のプラズマ処理サイクルの開始を表す。温度プロフィール（Ｈ）（下部および上部熱伝導媒体無し）に示したように、各局所的極小（図５の矢印により示す）の温度は、反復される各プラズマ処理サイクルと共に、徐々に増加している。しかしながら、温度プロフィール（Ａ）ないし（Ｇ）では、各局所的温度極小は、より遅い速度で増加しているか、或いは一定に維持されている。図５は、下部熱伝導媒体２５０および上部熱伝導媒体２６０が、ホットエッジリング２３８からの熱の放散と第１のウェーハ効果の低減とにおいて、より効果的であることを示している。更に高いＲＦ電力（例えば、３ｋＷおよび４．５ｋＷ）での試験も同様の傾向を示す。
【００５５】
［実施例２］
【００５６】
一連の試験を実施して、プラズマ処理中にホットエッジリング３３８から熱を放散する際の図３Ｂの実施形態における（上部熱伝導媒体３６０としての）上部容積３６６内の加圧ヘリウムの有効性を判定した。
【００５７】
試験は、カリフォルニア州フレモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥＸＥＬＡＮ(R)ＦＬＥＸTMエッチングシステムにおいて行った。各試験では、４枚の３００ｍｍシリコンウェーハにプラズマ処理を１分間施した。その後、第５の３００ｍｍシリコンウェーハを６分間プラズマ処理した。２５ＳＣＣＭのＯ2／３５ＳＣＣＭのＣ4Ｆ8／５００ＳＣＣＭのＡｒのガス混合物を４５ｍＴｏｒｒの圧力でエッチングチャンバ内へ導入した。二重周波数の電力を底部電力に印加し、総ＲＦ電力は、約１ｋＷから約４．５ｋＷまで変化させ、総ヘリウム圧は、約０Ｔｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒまで変化させた。ホットエッジリング３３８の温度は、プラズマ処理中に光ファイバ温度プローブにより測定した。ホットエッジリング３３８およびＲＦ結合リング３４０は、それぞれ約４ｉｎ・ｌｂおよび約１０ｉｎ・ｌｂのトルクで機械的にクランプした。下部熱伝導媒体３５０の材料は、Ｑ−ＰＡＤ(R)ＩＩガスケットとした。
【００５８】
図６Ａは、（Ａ）約０Ｔｏｒｒのヘリウム静圧および（Ｂ）約３０Ｔｏｒｒのヘリウム静圧について、ホットエッジリング３３８の温度プロフィールを総ＲＦ電力の関数として示している。ホットエッジリング３３８の温度は、第５の３００ｍｍシリコンウェーハを約６分間処理した後で測定した。図６Ａに示したように、約３０Ｔｏｒｒの加圧ヘリウムは、ＲＦ電力４．５ｋＷにおいて最大２０℃まで、ホットエッジリング３３８の温度を低下させることができる。
【００５９】
図６Ｂは、ヘリウム静圧を０Ｔｏｒｒから３０Ｔｏｒｒまで５Ｔｏｒｒずつ変化させた際のホットエッジリング３３８の温度応答を示している。最初に、４．５ｋＷのＲＦ電力を印加した状態で、上部容積３６６内のヘリウムの静圧を約０Ｔｏｒｒとした。ホットエッジリング３３８の温度が約９３℃を超えた後、ヘリウムの静圧を約１分間に渡り５Ｔｏｒｒに増加させ、結果として、ホットエッジリングの温度は約８５℃に降下した。静圧を約１分間、１０Ｔｏｒｒに増加させると、温度は約８５℃に降下した。静圧を約１分間、１５Ｔｏｒｒに増加させると、温度は約７９℃に降下した。静圧を約１分間、２０Ｔｏｒｒに増加させると、温度は約７３℃に降下した。静圧を約１分間、２５Ｔｏｒｒに増加させると、温度は約７２℃に降下した。静圧を約１分間、３０Ｔｏｒｒに増加させると、温度は約７０℃に降下した。
【００６０】
図６Ｂは、ホットエッジリング３３８の温度を１分間のタイムスケールで調整可能であることをと示している。更に、より低い静圧（例えば、０Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、または１０Ｔｏｒｒ）において、より大きな温度降下を達成することができる。加えて、図３Ｂの実施形態は、ヘリウム静圧を約０Ｔｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒまで変化させることにより、総ＲＦ電力４．５ｋＷにおいて、ホットエッジリングの温度を最大約２０℃ないし２５℃まで調整する能力を提供する。
【００６１】
［実施例３］
【００６２】
一連の試験を実施して、プラズマ処理中にホットエッジリング３３８から熱を放散する際の図３Ｃの実施形態における上部熱伝導媒体３６０としての環状流路３６４内の加圧ヘリウムの有効性を判定した。この一連の試験の実験条件は、実施例２において説明したものと同一にした。環状流路３６４の高さは、約２ミルとした。
【００６３】
図７Ａは、（Ａ）約０Ｔｏｒｒのヘリウム静圧および（Ｂ）約３０Ｔｏｒｒのヘリウム静圧について、ホットエッジリング３３８の温度プロフィールを総ＲＦ電力の関数として示している。ホットエッジリング３３８の温度は、第５の３００ｍｍシリコンウェーハを約６分間処理した後で測定した。図７Ａは、更に、図６Ａの実施形態による温度プロフィールを含む。図７Ａに示したように、環状流路３６４は、ホットエッジリング３３８から放散される熱を減少させ、これにより、図３Ｂの実施形態と比較してホットエッジリング３３８の温度を上昇させる上で効果的である。
【００６４】
図７Ａおよび７Ｂに示したように、図３Ｃの実施形態は、ヘリウム静圧を約０Ｔｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒまで変化させることにより、総ＲＦ電力４．５ｋＷにおいて、ホットエッジリング３３８の温度を最大約２５℃ないし３０℃まで調整する能力を提供する。加えて、ホットエッジリング３３８の温度は、図３Ｂの実施形態と比較して、総ＲＦ電力約４．５ｋＷにおいて、約２０℃ないし約５０℃増加している。特定のエッチング用途では、ホットエッジリング３３８の温度が約７０℃ないし約９０℃を下回ると、望ましくないポリマ堆積がホットエッジリング３３８上に形成される恐れがある。
【００６５】
［実施例４］
【００６６】
プラズマ処理中にホットエッジリング３３８から熱を放散する際の上部内側Ｏリング３６３Ａおよび上部外側Ｏリング３６３Ｂの有効性を示すために試験を実施した。２５ＳＣＣＭのＯ2／３５ＳＣＣＭのＣ4Ｆ8／５００ＳＣＣＭのＡｒのガス混合物を４５ｍＴｏｒｒの圧力で、総ＲＦ電圧３ｋＷと共にエッチングチャンバ内へ導入した。ホットエッジリング３３８の温度は、３００ｍｍシリコンウェーハのプラズマ処理中に測定した。容積３６５内のヘリウムの静圧は、約０Ｔｏｒｒに維持した。内側Ｏリング３６３Ａおよび外側Ｏリング３６３Ｂは、ＶＩＴＯＮ(R)フルオロエラストマにより構成した。
【００６７】
図８は、総ＲＦ電力３ｋＷでのプラズマ処理中のホットエッジリングの温度プロフィールを時間の関数として示している。図８では、次の２種類の条件を試験している：（Ａ）上部内側Ｏリングおよび上部外側Ｏリング、静圧約０Ｔｏｒｒ、（Ｂ）Ｏリング無し、静圧約０Ｔｏｒｒ。図８において確認されるように、ＶＩＴＯＮ(R)フルオロエラストマＯリングの効果として、総ＲＦ電力３ｋＷでの約３分間のプラズマ処理後、ホットエッジリングの温度は約２５℃降下した。
【００６８】
［実施例５］
【００６９】
一連のエッチング試験を実施して、３００ｍｍシリコンウェーハの直径に渡って均一なエッチング速度を達成する際の図２Ａの実施形態における下部熱伝導媒体２５０および上部熱伝導媒体２６０の有効性を判定した。
【００７０】
試験は、カリフォルニア州フレモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥＸＥＬＡＮ(R)ＦＬＥＸTMエッチングシステムにおいて行った。各試験では、３００ｍｍシリコンウェーハに対して有機フォトレジスト層によるブランケットコーティングを施した。２５ＳＣＣＭのＯ2／３５ＳＣＣＭのＣ4Ｆ8／５００ＳＣＣＭのＡｒのガス混合物を４５ｍＴｏｒｒの圧力でエッチングチャンバ内へ導入した。二重周波数の電力を底部電力に印加し、総ＲＦ電力は、約１ｋＷから約３ｋＷまで変化させた。ホットエッジリング２３８およびＲＦ結合リング２４０は、約２ｉｎ・ｌｂないし約５ｉｎ・ｌｂのトルクで機械的にクランプした。下部熱伝導媒体２５０および上部熱伝導媒体２６０の材料には、ＳＩＬ−ＰＡＤ(R)ガスケット、Ｑ−ＰＡＤ(R)ＩＩガスケット、およびＫＡＰＴＯＮ(R)ガスケットを含めた。ブランケットフォトレジスト層のエッチングが完了した後、ウェーハの直径に渡ってエッチング速度（ｎｍ／分）を測定した。
【００７１】
図９Ａないし９Ｃは、それぞれ約１ｋＷ、約２ｋＷ、および約３ｋＷの総ＲＦ電力に対するフォトレジストエッチング速度プロフィールを半径位置の関数として示す。図９Ａないし９Ｃでは、次の５種類の熱伝導媒体を試験している：（Ａ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケット、トルク２ｉｎ・ｌｂ、（Ｂ）Ｑ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケット、トルク５ｉｎ・ｌｂ、（Ｃ）２個のＳＩＬ−ＰＡＤ(R)下部ガスケット、ＫＡＰＴＯＮ(R)上部ガスケット、トルク５ｉｎ・ｌｂ、（Ｄ）下部熱伝導媒体無し、２個のＳＩＬ−ＰＡＤ(R)上部ガスケット、および（Ｅ）下部および上部熱伝導媒体無し。
【００７２】
図９Ａないし９Ｃ（矢印で示した囲み領域）に示したように、下部熱伝導媒体２５０および／または上部熱伝導媒体２６０の存在（曲線ＡないしＤ）は、ウェーハの縁部近く（即ち、±１５０ｍｍ近くの半径位置）のフォトレジストのエッチング速度に影響する。図９Ａないし９Ｃから、総ＲＦ電力２ｋＷおよび３ｋＷにおけるトルク２ｉｎ・ｌｂおよびトルク５ｉｎ・ｌｂのＱ−ＰＡＤ(R)下部および上部ガスケットが、最も均一なフォトレジストエッチング速度を発生させると判定された。
【００７３】
以上、具体的な実施形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形の実施および等価物の利用が可能であることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明は以下の適用例としても実施可能である
［適用例１］プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面の上に位置する高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記環状支持面と前記ＲＦ結合リングとの間に位置し、熱伝導性および電気伝導性を有する下部ガスケットと、
前記ＲＦ結合リングの上に位置するホットエッジリングであり、前記基板支持部は、基板を、前記基板の外縁部が前記ホットエッジリングの上に張り出す状態で支持するように構成される、ホットエッジリングと、
前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する上部熱伝導媒体と
を備える組立体。
［適用例２］適用例１記載の組立体であって、前記熱伝導媒体は、
同心状に配置された内側Ｏリングおよび外側Ｏリングを備え、前記内側Ｏリング、前記外側Ｏリング、前記ホットエッジリング、および前記ＲＦ結合リングは、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された容積を定め、前記熱伝達ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素を含む組立体。
［適用例３］前記内側Ｏリングおよび外側Ｏリングは、前記ＲＦ結合リング内に形成された環状流路を囲み、前記内側Ｏリング、前記外側Ｏリング、および前記環状流路は、同心状に配置される適用例２記載の組立体。
［適用例４］適用例２記載の組立体であって、更に、
コントローラと、
プラズマ処理中に前記ホットエッジリングの温度を測定して前記コントローラに入力信号を供給するように構成された温度センサと、
前記容積に接続され、前記コントローラに応答して前記容積内のガス静圧を増加させる動作が可能な熱伝達ガス源および前記コントローラに応答して前記容積の排出を行う動作が可能な真空ポンプと
を備える組立体。
［適用例５］前記熱伝導媒体は、熱伝導性および電気伝導性を有する上部ガスケットである適用例１記載の組立体。
［適用例６］適用例５記載の組立体であって、
前記上部ガスケットおよび下部ガスケットは、
シリコンに基づくシート、
金属およびポリマ材料の積層材、
（ａ）アルミニウムまたはアルミニウム合金および（ｂ）充填シリコーンゴムの積層材、
（ａ）ポリイミド材料および（ｂ）充填シリコーンゴムの積層材、または
フルオロエラストマ
から成る組立体。
［適用例７］前記基板支持部は、冷却液により能動的に冷却される適用例１記載の組立体。
［適用例８］前記ＲＦ結合リングは、前記環状支持面に機械的にクランプされ、前記ホットエッジリングは、前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされる適用例１記載の組立体。
［適用例９］適用例１記載の組立体であって、
前記ＲＦ結合リングは、前記環状支持面にボルト留めされ、更に、半径方向に延びるフランジを有するクランプリングを備え、前記ホットエッジリングは、前記フランジに接合して前記ホットエッジリングを前記ＲＦ結合リングに固定するように構成された周辺陥凹部を有し、前記クランプリングは前記ＲＦ結合リングにボルト留めされる組立体。
［適用例１０］更に、前記クランプリングと前記ホットエッジリングとの間にポリイミドリングを備える適用例９記載の組立体。
［適用例１１］前記ＲＦ結合リングは、酸化アルミニウム、シリコン、炭化ケイ素、または窒化アルミニウムにより構成され、前記ホットエッジリングは、シリコン、炭化ケイ素、または石英により構成され、前記クランプリングは、セラミック材料により構成される適用例１記載の組立体。
［適用例１２］プラズマ処理チャンバ内の基板のプラズマ処理中に適用例４記載のホットエッジリング組立体の温度を制御する方法であって、
前記基板支持部上において前記基板を支持するステップと、
前記プラズマ処理チャンバ内に処理ガスを導入するステップと、
前記処理ガスを励起してプラズマ状態とするステップと、
前記ホットエッジリングの温度を測定するステップと、
前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を下回る場合、前記容積に対する熱伝達ガスの圧力を減少させるステップ、或いは、前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を上回る場合、前記容積に対する前記熱伝達ガスの前記圧力を増加させるステップと、
前記プラズマにより前記基板を処理するステップと
を備える方法。
［適用例１３］前記基板を前記プラズマにより処理するステップは、（ａ）半導体材料、金属、または誘電材料の層のプラズマエッチング、または（ｂ）導電または誘電材料の堆積を含む適用例１２記載の方法。
［適用例１４］適用例１の組立体を備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ反応チャンバは、半導体、金属、または誘電材料をエッチングするように構成されたプラズマエッチャ、或いは導電または誘電材料を堆積させるように構成された堆積チャンバである、プラズマ処理装置。
［適用例１５］プラズマ反応チャンバ内に指示された半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面上に位置し、前記環状支持面に機械的にクランプされる高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記環状支持面とＲＦ結合リングとの間に位置する熱絶縁媒体と、
前記ＲＦ結合リングの上に位置し、前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされるホットエッジリングと、
前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する熱伝導媒体と
を備える組立体。
［適用例１６］適用例１５記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、前記熱絶縁媒体は、
同心状に配置された第１の内側Ｏリングおよび第１の外側Ｏリングであり、前記ＲＦ結合リングおよび前記環状支持面と共に、減圧状態でガスを収容するように構成された第１の容積を画成する、前記第１の内側Ｏリングおよび第１の外側Ｏリング、または
下部ガスケット
を備える組立体。
［適用例１７］適用例１５記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、前記熱伝導媒体は、
同心状に配置された第２の内側Ｏリングおよび第２の外側Ｏリングであり、前記ホットエッジリングおよび前記ＲＦ結合リングと共に、加圧熱伝達ガスを収容するように構成された第２の容積を画成する、前記第２の内側Ｏリングおよび第２の外側Ｏリング、または
熱伝導性および電気伝導性を有する上部ガスケット
を備える組立体。
［適用例１８］適用例１７記載の温度制御式ホットエッジリング組立体であって、更に
コントローラと、
プラズマ処理中に前記ホットエッジリングの温度を測定して前記コントローラに入力信号を供給するように構成された温度センサと、
前記第１の容積および第２の容積に接続され、前記コントローラに応答して前記第１の容積および前記第２の容積内のガス静圧を増加させる動作が可能な熱伝達ガス源および前記コントローラに応答して前記第１の容積および前記第２の容積の排出を行う動作が可能な真空ポンプと、
前記ＲＦ結合リングに埋め込まれた加熱要素と、
前記コントローラに応答して、前記加熱要素に電力を供給するように構成された電源と
を備える組立体。
［適用例１９］プラズマ処理チャンバ内の基板のプラズマ処理中に適用例１５記載のホットエッジリング組立体の温度を制御する方法であって、
前記基板支持部上において前記基板を支持するステップと、
前記プラズマ処理チャンバ内に処理ガスを導入するステップと、
前記ホットエッジリングの温度を測定するステップと、
前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を下回る場合、前記ホットエッジリングの前記温度を上昇させるために前記加熱要素に電力を供給するステップ、或いは、前記ホットエッジリングの前記温度が目標温度を上回る場合、前記加熱要素への電力を停止すると共に前記容積内の熱伝達ガスの圧力を増加させるステップと、
前記処理ガスを励起してプラズマ状態とするステップと、
前記プラズマにより前記基板を処理するステップと
を備える方法。
［適用例２０］プラズマ反応チャンバ内において支持された半導体基板を囲むように構成された温度制御式ホットエッジリング組立体であって、
基板支持面を囲む環状支持面を有する基板支持部と、
前記環状支持面の上に位置する高周波（ＲＦ）結合リングと、
前記環状支持面と、前記環状支持面に機械的にクランプされた前記ＲＦ結合リングとの間に位置する下部熱伝導媒体と、
前記ＲＦ結合リングの上に位置するホットエッジリングであり、前記基板支持部は、基板を、前記基板の外縁部が前記ホットエッジリングの上に張り出す状態で支持するように構成される、ホットエッジリングと、
前記ＲＦ結合リングに機械的にクランプされた前記ホットエッジリングと前記ＲＦ結合リングとの間に位置する上部熱伝導媒体と
を備える組立体。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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