(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマによって少なくとも一つの基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
前記基板を受けない電極である第１の電極と、
前記基板を受けるように構成された、前記第１の電極と異なる第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、前記プラズマ処理システムにおいて前記基板が前記第２の電極上で処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、前記第１の電極を通して周期的な非正弦波信号を提供するように構成された第１の信号源であって、前記第１の信号源は、前記基板に前記非正弦波信号を印加するために、前記第１の電極に周期信号を提供するように構成され、前記周期信号は、少なくとも第１群の周期的傾斜部分を含む、第１の信号源と、
第３の電極と、
前記第３の電極に結合され、前記プラズマを生成して前記基板を処理するために前記第３の電極を通して正弦波信号を提供するように構成された第２の信号源と、
を備え、前記第２の電極は、電気的に接地されている
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、
前記第２の電極は、前記第２の電極と前記第１の電極との間に前記基板が配されるように、前記第１の電極と相対して配される、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、
前記第１の電極は、概ね円筒状であり、前記プラズマの少なくとも一部分を取り巻くように構成される、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、
前記第３の電極は、概ね円筒状であり、前記プラズマの少なくとも一部分を取り巻くように構成される、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、
前記第３の電極は、前記第２の電極と相対して配される、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、
前記第１の電極の表面は、前記基板の表面に面するように構成され、前記第１の電極の前記表面の面積は、前記基板の前記表面の面積よりも小さい、プラズマ処理システム。
【請求項７】
プラズマによって少なくとも一つの基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
前記基板を受けない電極である第１の電極と、
前記基板を受けるように構成された、前記第１の電極と異なる第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、前記プラズマ処理システムにおいて前記基板が前記第２の電極上で処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、前記第１の電極を通して周期的な非正弦波信号を提供するように構成された第１の信号源であって、前記第１の信号源は、前記基板に前記非正弦波信号を印加するために、前記第１の電極に周期信号を提供するように構成され、前記周期信号は、少なくとも第１群の周期的傾斜部分を含む、第１の信号源と、
を備え、
前記第１群の周期的傾斜部分の各傾斜部分は、正イオンの増加を相殺するために右上がりの傾きを有する、プラズマ処理システム。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理システムであって、
前記周期信号は、更に、少なくとも周期パルスを含む、プラズマ処理システム。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ処理システムであって、
前記非正弦波信号は、更に、前記プラズマ処理システムにおいて正イオンを惹き付けるために前記周期パルス間に少なくとも一定の負部分を含む、プラズマ処理システム。
【請求項１０】
請求項１または請求項７に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくとも２つの部材として設けられ、その間に前記第１の電極を配された状態で前記第１の電極を取り巻く接地部材と、
前記第１の電極を前記接地部材から電気的に絶縁するために前記接地部材と前記第１の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
【請求項１１】
請求項１または請求項７に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくとも２つの部材として設けられ、その間に前記第２の電極を配された状態で前記第２の電極を取り巻く接地部材と、
前記第２の電極を前記接地部材から電気的に絶縁するために前記接地部材と前記第２の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
【請求項１２】
プラズマで基板を処理するプラズマ処理システムであって、
前記プラズマ処理システムは、
非基板受け電極である第１の電極と、
前記第１の電極を取り巻くように構成される第１の接地板であって、前記第１の電極の中心から離れる方向に伸張するとともに、前記第１の電極から物理的に離れて配置される第１の接地板と、
前記第１の電極と異なる第２の電極であって、前記基板を支持するように構成され、前記第１の電極の直径よりも大きな直径を有する第２の電極と、
前記第２の電極を取り巻くように構成され、前記第２の電極の中心から離れる方向に伸張するとともに、前記第２の電極から物理的に離れて配置される第２の接地板であって、処理の際に前記プラズマが前記第１の電極と前記第２の電極との間で規定されて、前記第１の電極の中心と前記第２の電極の中心とが互いにほぼ一直線上に配置され、前記第１の接地板の内径領域が前記第２の電極の上方に配置される、第２の接地板と、
前記第１の電極に結合される第１の信号源であって、前記プラズマ処理システムにおいて前記第２の電極上で前記基板が処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために前記第１の電極のみに周期的な非正弦波信号を供給するように構成される第１の信号源と、を備え、
前記第２の電極は他の信号源に結合されて、前記他の信号源は正弦波信号を供給し、
前記第２の電極の直径よりも小さな直径を有する前記第１の電極は、前記第２の電極の面積に対する前記第１の電極の面積の比である第１の面積比を規定し、前記第１の面積比は、前記第２の電極に供給される正弦波信号デューティサイクルの第１のデューティサイクルに等しく、
前記第２の電極の面積に対する前記第１の電極の面積の比である第２の面積比は、前記第２の電極に供給される正弦波信号デューティサイクルの第２のデューティサイクルに等しく、
前記第２の電極に供給される前記正弦波信号デューティサイクルの前記第２のデューティサイクルを前記第１のデューティサイクルよりも大きくするために、前記第２の面積比は前記第１の面積比よりも大きい、プラズマ処理システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記第１の電極と前記第１の信号源との間に位置する、直流（ＤＣ）阻止コンデンサであるブロックコンデンサであって、前記第１の電極と離れたブロックコンデンサを備える、プラズマ処理システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のプラズマ処理システムであって、
前記周期的な信号は、更に、少なくとも周期パルスを含む、プラズマ処理システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のプラズマ処理システムであって、
前記非正弦波信号は、更に、前記プラズマ処理システムにおいて正イオンを惹き付けるために、周期パルス間に少なくとも一定の負部分を含む、プラズマ処理システム。
【請求項１６】
プラズマで基板を処理するプラズマ処理システムであって、
前記プラズマ処理システムは、
非基板受け電極である第１の電極と、
前記第１の電極を取り巻くように構成される第１の接地板であって、前記第１の電極の中心から離れる方向に伸張するとともに、前記第１の電極から物理的に離れて配置される第１の接地板と、
前記第１の電極と異なる第２の電極であって、前記基板を支持するように構成され、前記第１の電極の直径よりも大きな直径を有する第２の電極と、
前記第２の電極を取り巻くように構成され、前記第２の電極の中心から離れる方向に伸張するとともに、前記第２の電極から物理的に離れて配置される第２の接地板であって、処理の際に前記プラズマが前記第１の電極と前記第２の電極との間で規定されて、前記第１の電極の中心と前記第２の電極の中心とが互いにほぼ一直線上に配置され、前記第１の接地板の内径領域が前記第２の電極の上方に配置される、第２の接地板と、
前記第１の電極に結合され、前記プラズマ処理システムにおいて前記第２の電極上で前記基板が処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために前記第１の電極のみに非正弦波信号を供給するように構成される第１の信号源であって、前記第１の信号源は、前記基板に前記非正弦波信号を印可するために、前記第１の電極に周期信号を供給するように構成され、前記周期信号は、少なくとも第１群の周期的傾斜部分を含み、前記第１群の周期的傾斜部分の各傾斜部分は右上がりの傾きを有する、第１の信号源と、を備え、
前記第２の電極は他の信号源に結合されて、前記他の信号源は正弦波信号を供給し、
前記非正弦波信号は、更に、前記プラズマ処理システムにおいて正イオンを惹き付けるために、周期パルス間に少なくとも一定の負部分を含む、プラズマ処理システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第２の電極の直径よりも小さな直径を有する前記第１の電極は、前記第２の電極の面積に対する前記第１の電極の面積の比である第１の面積比を規定し、前記第１の面積比は、前記第２の電極に供給される正弦波信号デューティサイクルの第１のデューティサイクルに等しい、プラズマ処理システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第２の電極の面積に対する前記第１の電極の面積の比である第２の面積比は、前記第２の電極に供給される正弦波信号デューティサイクルの第２のデューティサイクルに等しく、
前記第２の電極に供給される前記正弦波信号デューティサイクルの前記第２のデューティサイクルを前記第１のデューティサイクルよりも大きくするために、前記第２の面積比は前記第１の面積比よりも大きい、プラズマ処理システム。
【請求項１９】
請求項１６に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記第１の電極と前記第１の信号源との間に位置する、直流（ＤＣ）阻止コンデンサであるブロックコンデンサであって、前記第１の電極と離れたブロックコンデンサを備える、プラズマ処理システム。
【請求項２０】
請求項１６に記載のプラズマ処理システムであって、
前記周期信号は、更に、少なくとも周期パルスを含む、プラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、基板（又はウエハ）のプラズマ処理に関する。特に、本発明は、プラズマ処理システムにおいて基板を処理する際にイオンエネルギ分布を制御することに関する。
【０００２】
イオンエネルギ分布の制御は、基板処理に対して幾つかの恩恵をもたらすと考えられる。例えば、イオンエネルギ分布の制御は、異なる材料間におけるエッチング選択比の制御、特徴エッジ（例：トレンチ又はビアのエッジ）におけるファセッテイングの軽減、及び高アスペクト比コンタクト内のプロファイルの制御を可能にしえる。現代のプラズマ処理用途では、イオンエネルギ分布の制御は、所望の処理結果を達成するために重要になりえる。イオンエネルギ分布を制御するための方法は、例えば、米国特許第６，２０１，２０８号「Method And Apparatus For Plasma Processing With Control Of Ion Energy Distribution At The Substrates（基板におけるイオンエネルギ分布の制御を伴うプラズマ処理の方法及び装置）」（２００１年３月１３日発行）に開示されている。
【０００３】
イオンエネルギ分布を制御するための先行技術は、基板を支える基板受け電極に非正弦波高周波（ＲＦ）信号／電力を提供する傾向がある。この非正弦波信号は、例えばイオンを惹き付けることによってイオンエネルギ分布を制御することが可能である。イオンエネルギ分布を制御するための先行技術は、また、非正弦波ＲＦ信号源と基板受け電極との間にＤＣ阻止用の外部コンデンサの使用を必要とする傾向もある。
【０００４】
先行技術によるアプローチには、幾つかの欠点があり、半導体処理の分野における絶え間ない進歩を考慮すると、プラズマ処理チャンバにおいてイオンエネルギ分布を制御するための改良された技術及び装置が望まれていることがわかる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一実施形態は、プラズマによって少なくとも一つの基板を処理するためのプラズマ処理システムに関する。プラズマ処理チャンバは、イオンエネルギ分布を制御することができる。プラズマ処理システムは、第１の電極を含んでよい。プラズマ処理システムは、また、基板を受けるように構成された、第１の電極と異なる第２の電極も含む。プラズマ処理システムは、また、第１の電極に結合された信号源も含んでよい。信号源は、プラズマ処理システムにおいて基板が処理されるときに基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、第１の電極を通して周期的な非正弦波信号を提供してよい。
【０００６】
上記の概要は、本明細書において開示される本発明の多くの実施形態の１つに関するにすぎず、本明細書の特許請求の範囲に定められた本発明の範囲を制限することを意図していない。本発明のこれらの及びその他の特徴は、以下の図面との関連のもとで、発明の詳細な説明において更に詳しく後ほど説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、同様の要素を類似の参照符号で示した添付の図面において、限定目的ではなく例示目的で示される。
【０００８】
【図１】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムの部品の概略図である。
【０００９】
【図２】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムの部品の概略図である。
【００１０】
【図３】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムの部品の概略図である。
【００１１】
【図４】イオンエネルギ分布を制御することができる先行技術のプラズマ処理システムを表わす回路モデルの概略図である。
【００１２】
【図５】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、イオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムを表わす回路モデルの概略図である。
【００１３】
【図６Ａ】イオンエネルギ分布を制御することができる先行技術のプラズマ処理システムにおいてイオンエネルギ分布を制御するために基板に印加される非正弦波信号の概略図である。
【図６Ｂ】先行技術の構成に基づく計算されたイオンエネルギ分布の概略図である。
【００１４】
【図７Ａ】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、イオンエネルギ分布を制御するためにドライバによって提供される非正弦波信号を表わす概略図である。
【図７Ｂ】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった構成に基づく計算されたイオンエネルギ分布の概略図である。
【００１５】
【図８】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、イオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムを表わす回路モデルの概略図である。
【００１６】
【図９Ａ】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、イオンエネルギ分布を制御するためにドライバによって提供される非正弦波信号の概略図である。
【００１７】
【図９Ｂ】本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった構成に基づく計算されたイオンエネルギ分布の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、添付の図面に示されるような幾つかの実施形態を参照にして詳しく説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施されえる。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は省略されている。
【００１９】
本発明の１つ又は複数の実施形態は、プラズマによる少なくとも一つの基板の処理中にイオンエネルギ分布を制御することができ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、ダイオード構成又はトライアード構成であってよく、基板に物理的に接触していない且つ／又は基板を受ける用ではない少なくとも１つの非基板受け（ＮＳＢ、non-substrate bearing）電極を含む。
【００２０】
一実施形態では、プラズマ処理システムは、ＮＳＢ電極に結合されたイオンエネルギ分布制御信号源を含んでよい。イオンエネルギ分布制御信号源は、プラズマ処理システムにおいて基板が処理されるときに基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、ＮＳＢ電極に非正弦波高周波（ＲＦ）信号／電力を提供してよい。
【００２１】
一例として、ＮＳＢ電極は、基板を支える基板受け用の下部電極と相対して配された上部電極を表わしてよい。或いは又は追加として、ＮＳＢ電極は、例えば、プラズマを取り巻く円筒状の電極（例：リング状電極）を表わしてよい。
【００２２】
本発明の各種の実施形態にしたがうと、処理用のプラズマを維持及び生成するには、プラズマを生成及び維持するための高周波正弦波信号／電力を上部電極、リング電極、及び／又は下部電極に提供してよい。
【００２３】
ＮＳＢ電極に非正弦波信号／電力を供給されることによって、プラズマ処理システムは、イオンエネルギ分布制御信号／電力を供給するための電気経路を単純化され、それゆえに、先行技術に優る少なくとも幾つかの利点を有することができる。
【００２４】
例えば、基板受け電極と比べて、ＮＳＢ電極は、通常、絶縁及び把持に関する要件が最小限である又は全くなく、したがって、本発明の実施形態は、非正弦波通電電極に対する設計上の制約が少なくてすむ。
【００２５】
更に、ＮＳＢ電極のサイズは、基板のサイズに一致する必要がなく、それゆえに、小さくすることができる。発明者らは、チャンバ内におけるＮＳＢ電極面積対電極総面積の面積比と、任意の所定のＲＦ正弦波信号デューティサイクルにおけるプロセス窓（高いエネルギで基板に到達するイオンの割合に関する）との間に、場合によってはトレードオフの可能性があるということに気付いている。高いデューティサイクルは、基板において高電圧シースが発生することを保証するために、場合によっては高い（ＮＳＢ電極面積対電極総面積の）面積比を必要とすると思われる。反対に、低いデューティサイクルは、基板において高電圧シースを維持しつつ低い面積比を用いる能力をもたらすと考えられる。もし高いデューティサイクルのプラズマ生成ＲＦ信号に対して面積比が小さすぎると、非正弦波電圧は、基板シースを通して降下せず、したがって、このような高いエネルギイオンは生成されない。
【００２６】
それにもかかわらず、本発明の実施形態は、先行技術に関連した寄生容量の問題を最小限に抑える又は排除することができる。ＮＳＢは、基板受け電極よりも設計上の制約が少なく、したがって、接地に対する浮遊容量を小さくして設計することができる。これは、ひいては、ＲＦ電流の引き込みを少なくし、ステップ電圧の変化に対する応答を速くする。有利には、イオンエネルギ分布を制御する精度が向上され、イオンエネルギ分布の制御に関連したＲＦ部品の費用が最小限に抑えられる。
【００２７】
１つ又は複数の実施形態では、イオンエネルギ分布を制御するための非正弦波信号がＮＳＢ電極に提供されるときに、このような非正弦波信号を、非正弦波信号源とＮＳＢ電極との間に別途のＤＣ阻止外部コンデンサを使用する必要なくＮＳＢ電極に提供することが可能である。非正弦波信号源とＮＳＢ電極との間にＤＣ阻止コンデンサを介在させないこのケースでは、接地電極において石英材料（又は同様に適した材料）の層を使用するなどによってその他の電極表面をＤＣ接地から絶縁することが好ましい。
【００２８】
別の実施形態では、イオンエネルギ分布を制御するための非正弦波信号がＮＳＢ電極に提供されるときに、このような非正弦波信号を、非正弦波信号源とＮＳＢ電極との間に別途のＤＣ阻止外部コンデンサを介在させてＮＳＢ電極に提供することが可能である。非正弦波信号源とＮＳＢ電極との間にＤＣ阻止コンデンサが用いられるこのケースでは、接地電極において石英材料（又は同様に適した材料）の層を使用するなどによってその他の電極表面をＤＣ接地から絶縁する必要がない。
【００２９】
代替の実施形態では、イオンエネルギ分布を制御するための非正弦波信号が、基板受け電極に提供されてよい。このケースでは、プラズマの生成に用いられる正弦波信号が、同じ基板受け電極に又は基板受け電極以外の電極に提供されてよい。この実施形態では、誘電体被覆（例：石英層若しくは同様に適した材料）の使用を通してなどによってその他の電極表面がＤＣ接地から絶縁される限り、又は例えば一部の基板受けチャック内部のセラミック層と同様の内部誘電体層などの固有の直列容量を基板受け電極が有する限り、（イオンエネルギ分布制御に用いられる）非正弦波信号源と基板受け電極との間に別途のＤＣ阻止外部コンデンサを用いる必要性を排除することも可能である。
【００３０】
１つ又は複数の実施形態では、本発明は、基板におけるイオンエネルギ分布を制御するためにプラズマ処理システムにおいて実施される方法に関するものであってよい。
【００３１】
以下の特徴及び議論を参照にして、本発明の特徴及び利点がよりよく理解されえる。
【００３２】
図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ１２０による基板１０８の処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システム１００の部品の概略図を示している。プラズマ処理システム１００は、基板受け電極１０６と、非基板受け（ＮＳＢ）電極１０４と、プラズマ生成信号源１１２と、イオンエネルギ分布制御信号源１０２とを含んでよい。
【００３３】
基板受け電極１０６（例：下方電極）は、基板１０８を支えてよい。基板受け電極１０６は、静電力を使用して基板１０８を把持して（又は惹き付けて）よく、基板１０８に物理的に接触していてよい。
【００３４】
ＮＳＢ電極１０４（例：上部電極）は、基板受け電極１０６と相対して配されてよく、基板１０８の表面１５８に面した表面１５４を含んでよい。しかしながら、ＮＳＢ電極は、通例、基板を受ける用ではない任意の電極を表わしてよい。
【００３５】
１つ又は複数の実施形態では、表面１５４の面積は、表面１５８の面積よりも大幅に小さくてよく、また、接地板１１６、１１４よりも大幅に小さくてよい。上述された面積比／デューティサイクル間のトレードオフを想定すると、ＮＳＢ電極１０４の小サイズは、場合によっては寄生容量及び直列容量の問題の軽減を可能し、また、場合によってはイオンエネルギ分布を制御する効率の向上を可能にすると考えられる。
【００３６】
プラズマ生成信号源１１２は、一実施形態では、基板受け電極１０６に結合されてよい。プラズマ生成信号源１１２は、プラズマ１２０を確立するため及び密なプラズマ１２０を維持するためのプラズマ生成信号（例：高周波正弦波信号）を提供してよい。プラズマ生成信号は、基板受け電極１０６及び基板１０８に供給されてよい。１つ又は複数の実施形態では、プラズマ生成信号源１１２は、ＮＳＢ電極１０４に結合されてよく、ＮＳＢ電極１０４にプラズマ生成信号を提供してよい。
【００３７】
イオンエネルギ分布制御信号源１０２は、基板１０８におけるイオンエネルギ分布を制御するためのイオンエネルギ分布制御信号（例：非正弦波ＲＦ信号）を提供してよい。イオンエネルギ分布制御信号源１０２は、ＤＣ阻止コンデンサ１１０を通じてＮＳＢ電極１０４に結合されてよい。有利な一実施形態において、もし多くの現代のプラズマチャンバ設計においてなされるように接地電極が石英層（又は同様に適した材料）でコーティングされている場合のように、その他の電極表面がＤＣ接地から遮蔽されているならば、ＤＣ阻止コンデンサ１１０は、排除することができる。もしイオンエネルギ分布制御信号源１０２とＮＳＢ電極１０４との間にＤＣ阻止外部コンデンサが使用されるならば、その他の電極表面は、ＤＣ接地から遮蔽されている必要がない。
【００３８】
その他の実施形態では、イオンエネルギ分布制御信号源１０２は、基板受け電極１０６に結合されてよく、イオンエネルギ分布の制御を目的とした非正弦波信号を、別途のＤＣ阻止外部コンデンサを間で使用する必要なく提供してよい。この構成では、多くの現代のプラズマチャンバ設計においてなされるようにその他の電極表面が石英層（又は同様に適した材料）でコーティングされている場合のようにＤＣ接地から遮蔽されているか、又は例えば一部の基板受けチャック内部のセラミック層と同様の内部誘電体層などの固有の直列容量を基板電極が有するかが好ましい。
【００３９】
以下では、図６Ａ〜７Ｂを参照にして、イオンエネルギ分布制御信号の特徴及び利点について論じられる。
【００４０】
図２は、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ２２０による基板２０８の処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システム２００の部品の概略図を示している。プラズマ処理システム２００は、基板受け電極２０６と、ＮＳＢ電極２０４と、プラズマ生成信号源２１２と、（ＤＣ阻止コンデンサ２１０及びＮＳＢ電極２０４を通じて非正弦波信号を提供しえる）イオンエネルギ分布制御信号源２０２とを含んでよい。プラズマ処理システム２００の部品及び構成は、図１の例におけるプラズマ処理システム１００の部品及び構成と同様であってよい。また、プラズマ処理システム２００は、基板受け電極２０６とＮＳＢ電極２０４とが実質的に同じサイズ及び／又は同じ表面積を有するような対照的な構成を含んでよく、このとき、関連の接地板２１４、２１６は、実質的に同じサイズ及び／又は同じ表面積を有してよい。
【００４１】
１つ又は複数の実施形態では、図１の例においてＤＣ阻止コンデンサの排除に関連して論じられたのと同様の検討材料のもとで、ＤＣ阻止コンデンサ２１０を排除することができる。
【００４２】
図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、プラズマ３２０による基板３０８の処理中にイオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システム３００の部品の概略図を示している。プラズマ処理システム３００は、基板３０８を支えるための基板受け電極３０６と、プラズマ３２０を取り巻くことができる円筒状（例：リング状）ＮＳＢ電極３０４と、ＮＳＢ電極３１６と、プラズマ生成信号源３１２と、イオンエネルギ分布制御信号源３０２とを含んでよい。
【００４３】
プラズマ生成信号源３１２は、基板受け電極３０６に結合されてよい。プラズマ生成信号源３１２は、プラズマ３２０を確立するためにプラズマ生成信号を基板受け電極３０６及び基板３０８に提供してよい。或いは又は追加として、プラズマ生成信号源３１２は、円筒状ＮＳＢ電極３０４及び／又はＮＳＢ電極３１６にプラズマ生成信号を提供してよい。
【００４４】
ＤＣ阻止コンデンサ３１０を通じて、円筒状のＮＳＢ電極３０４にイオンエネルギ分布制御信号源３０２が結合されてよい。イオンエネルギ分布制御信号源３０２は、ＤＣ阻止コンデンサ３１０及び円筒状のＮＳＢ電極３０４を通じて非正弦波信号を提供してよい。このとき、ＮＳＢ電極３１６は、接地されていてよい。プラズマ３２０を取り巻く円筒状のＮＳＢ電極３０４は、イオンエネルギ分布の制御の均質性及び／又は有効性を促進することができる。
【００４５】
或いは又は追加として、イオンエネルギ分布制御信号源３０２は、ＮＳＢ電極３１６に非正弦波信号を提供してよい。
【００４６】
１つ又は複数の実施形態では、図１の例においてＤＣ阻止コンデンサの排除に関連して論じられたのと同様の検討材料のもとで、ＤＣ阻止コンデンサ３１０を排除することができる。
【００４７】
図４は、イオンエネルギ分布を制御することができる先行技術のプラズマ処理システムを表わす回路モデル５００の概略図を示している。回路モデル５００は、ＮＳＢ電極部分５３０と、基板受け電極部分５２０とを含んでよい。回路部分５３０は、ＮＳＢ電極におけるプラズマシースを表わしているダイオード５１８、コンデンサ５１６、及び電流源５１４を含んでよい。ダイオード５１８は、シースの周期的崩壊の結果生じるプラズマシースの整流特性を具現しえる。コンデンサ５１６は、プラズマと電極表面との間におけるＲＦ結合を具現しえる。電流源５１４は、プラズマシースを流れるＤＣイオン電流を具現しえる。基板受け電極部分５２０は、それぞれＮＳＢ電極部分５３０のダイオード５１８、コンデンサ５１６、及び電流源５１４と同様の、ダイオード５０８、コンデンサ５０６、及び電流源５０４を含んでよい。
【００４８】
回路モデル５００では、イオンエネルギ分布制御信号源５２６は、ＤＣ阻止コンデンサ５２８及び基板受け電極部分５２０を通じてイオンエネルギ分布制御信号を供給してよい。
【００４９】
図５は、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、イオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムを表わす回路モデル５５０の概略図を示しており、図中、イオンエネルギ分布制御信号源５７６は、（図４のケースでなされるように）基板受け電極にではなく、ＮＳＢ電極に結合されている。回路モデル５５０は、ＮＳＢ電極部分５８０と、基板受け電極部分５７０とを含んでよい。回路部分５８０は、ＮＳＢ電極におけるプラズマシースを表わしているダイオード５６８と、コンデンサ５６６と、電流源５６４とを含んでよい。ダイオード５６８は、シースの周期的崩壊の結果として生じるプラズマシースの整流特性を具現しえる。コンデンサ５６６は、プラズマと電極表面との間におけるＲＦ結合を具現しえる。電流源５６４は、プラズマシースを流れるＤＣイオン電流を具現しえる。基板受け電極部分５７０は、それぞれＮＳＢ電極部分５８０のダイオード５６８、コンデンサ５６６、及び電流源５６４と同様の、ダイオード５５８、コンデンサ５５６、及び電流源５５４を含んでよい。
【００５０】
回路モデル５５０では、イオンエネルギ分布制御信号源５７６は、ＮＳＢ電極部分５８０にイオンエネルギ分布制御信号を供給してよい。
【００５１】
図６Ａは、先行技術にしたがった、基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために基板に印加される非正弦波信号４００（以下では「信号４００」）の概略図を示している。非正弦波信号４００は、時間を経て提供される電圧信号であってよく、基板電極において狭い範囲内の高エネルギイオンを生成するように最適化されている。図６Ｂは、モデルによって基板において生じると予測されるＩＥＤＦを示しており、低エネルギ側及び高エネルギ側の両極に２つの主要ピークを伴う。
【００５２】
通常のプラズマ処理（例：誘電体エッチング）の場合、基板表面に到達するイオンの大半又は全部が正電荷を帯びる。したがって、基板電極をプラズマ電位に対して負の電位にしてこれらのイオンを導き出し、高エネルギイオンを含む制御されたイオンエネルギ分布を基板において提供するために、信号４００は、ｔ1とｔ2との間の部分４１２のような、１つ又は複数の負の非正弦波電圧部分を含んでよい。基板電極における負電位は、実質一定の所望のエネルギでイオンを惹き付けるために、かなり長い時間にわたって（正弦波の形態ではなく）実質一定であることが望ましい。
【００５３】
しかしながら、基板は、すなわち内部又は外部直列コンデンサゆえに、ＤＣ接地に対して電気的に浮遊しているのが通常であり、入射イオンからの蓄積電荷を放出させないと考えられる。したがって、信号４００は、例えば周期的になどのように時折、パルス４０２のような正パルスを含むことによって、プラズマから電子を惹き付けて基板電極上の蓄積電荷を中和させる必要がある。一例として、パルスは、４００ＫＨｚの周波数で（２．５ｍｓの周期長で）周期的に加えられてよい。
【００５４】
負電圧部分（例：部分４１２）中に基板電極上に正電荷が蓄積されると仮定すると、ＮＳＢ電極に印加される波形の正電圧部分では、基板電極において次第に正電位が発生する。これは、基板におけるイオンエネルギを徐々に減少させ、基板における時間平均ＩＥＤＦ中の高エネルギピークをやむなく劣化させ幅広にする。これは、図６Ａに示されるように波形を整形することによって対処することができる。
【００５５】
図７Ａは、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、ドライバによってＮＳＢ電極に印加され信号４００と同様の信号を基板に印加する結果をもたらす非正弦波信号４５０（以下では「信号４５０」）の概略図を示している。一例として、ドライバは、図１の例に示された整形波形生成器を表わしてよい。信号４５０は、信号４００の負電圧部分（例：部分４１２）に対応する傾斜した正電圧部分（例：傾斜部分４６２）を含んでよい。信号４５０は、また、信号４００のパルス（例：パルス４０２）に対応するパルス（例：パルス４５２）も含んでよい。図に示された例では、信号４５０は、信号４００をちょうど反転させたものであり、ＲＦ電力の印加場所が異なるゆえに、印加電圧の極性の変更が必要とされる。
【００５６】
基板電極の段階的充電に対処するには、信号４５０において、周期パルス間の例えば部分４５２のような各正部分の振幅は、信号４００の実質一定の部分４１２を形成するために時間とともに増大して基板電極における正イオンの増加を相殺するように構成されてよい。したがって、イオンは、実質一定のエネルギで効率的に且つ効果的に基板に惹き付けられる。
【００５７】
印加される電圧波形がＮＳＢ電極においてではなく主として基板電極を通して降下することを保証するために、回路５００又は５５０のいずれにおいても、（信号４５０におけるパルス４５２の幅４５６に対応する）パルス４０２の最適幅４０６は、電極総面積に対するＮＳＢ電極の大きさに依存すると考えられる。
【００５８】
図６Ｂは、図４の例に示される回路モデル５００の構成のように非正弦波信号を基板受け電極に供給される第１の先行技術構成に基づく計算されたイオンエネルギ分布７１０の概略図を示している。イオンエネルギ分布７１０は、低イオンエネルギピーク７１２及び高エネルギピーク７１４を含むことができる。
【００５９】
図７Ｂは、本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがった、図５の例に示される回路モデル５５０の構成のように非正弦波信号をＮＳＢ（非基板受け）電極に供給される構成に基づくイオンエネルギ分布７３０の概略図を、一実施形態にしたがって示している。低イオンエネルギピーク７３２及び高エネルギピーク７３４を伴うイオンエネルギ分布７３０は、イオンエネルギ分布７１０と実質等しくなりえるとともに、特定の用途に適することも可能である。
【００６０】
イオンエネルギ分布７３０は、図５の例に示される回路モデル５５０を利用し、イオンエネルギ分布７１０の生成に用いられるＲＦ波形を反転させてＮＳＢ電極部分５８０に印加することによって得られる。イオンエネルギ分布７３０は、イオンエネルギ分布７１０を生成した目的であるあらゆる制御用途に適することが可能である。
【００６１】
図１〜７Ｂのうちの１つ又は複数を参照にして論じられるように、ＮＳＢ電極部分５８０を通じてイオンエネルギ分布制御信号を供給する構成は、制御効率、エネルギ効率、及び費用有効性の向上などの大きな利点を提供することができる。
【００６２】
図８は、イオンエネルギ分布を制御することができるプラズマ処理システムを表わす回路モデル８００の概略図を本発明の一実施形態にしたがって示しており、図中、イオンエネルギ分布制御信号源８０４は、阻止コンデンサ８０２を通じてＮＳＢ電極に結合されている。阻止コンデンサ８０２を除く図８の回路の残りは、図５のそれらと同様であり、ここでは詳述されない。
【００６３】
図５で用いられるイオンエネルギ分布制御信号（図７Ａを参照せよ）と同様のイオンエネルギ分布制御信号（図９Ａを参照せよ）を図８のイオンエネルギ分布制御信号源８０４がＤＣ阻止コンデンサ８０２を通じてＮＳＢ電極に供給するとき、図９Ｂに示されるイオンエネルギ分布は、図５の回路に関連して得られた図７Ｂの分布と実質的に同様である。厳密に言うと、図９Ａのイオンエネルギ分布制御信号は、図８の回路に合わせて最適化されている。それにもかかわらず、（図９Ｂと図７Ｂとを比較すると、）結果は、イオンエネルギ分布制御信号源とＮＳＢ電極との間における（阻止コンデンサ８０２などの）外部ＤＣ阻止コンデンサの追加がイオンエネルギ分布を大幅に変化させないことを示している。
【００６４】
以上からわかるように、ＮＳＢ電極にイオンエネルギ分布制御信号／電力（例：非正弦波電力）を供給されることによって、本発明の実施形態は、先行技術に優る大きな利点を有することができる。
【００６５】
例えば、ＮＳＢ電極は、絶縁及び把持に関する要件が最小限である又は全くなく、したがって、本発明の実施形態は、非正弦波通電電極に対する設計上の制約が少なくてすむ。
【００６６】
本発明の実施形態は、基板受け電極よりもＮＢＳの方が設計上の制約が少ないゆえに、先行技術に関連した寄生容量の問題を最小限に抑える又は排除することができる。上述された面積比とデューティサイクルとの間のトレードオフの可能性を想定すると、ＮＳＢ電極のサイズは、基板のサイズに一致する必要がなく、それゆえに、小さくすることができる。したがって、浮遊容量は、更に小さくすることができる。浮遊容量が小さいと、パルスステップに対する応答が速くなり、必要なＲＦ電流が少なくなる。有利には、イオンエネルギ分布を制御する精度が向上され、イオンエネルギ分布の制御に関連したＲＦ部品の費用が最小限に抑えられる。
【００６７】
本発明は、幾つかの実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲内には、代替形態、置換形態、及び均等物がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替的手法があることも、留意されるべきである。更に、本発明の実施形態は、その他の応用においても有用性を見いだすことができる。要約の部分は、便宜のために提供されたものであり、文字数の制限ゆえに、読むのに便利であるように記載されており、特許請求の範囲の範囲を限定するために用いられるべきでない。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び均等物を含むものと解釈されることを意図される。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］プラズマによって少なくとも一つの基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
第１の電極と、
前記基板を受けるように構成された、前記第１の電極と異なる第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、前記プラズマ処理システムにおいて前記基板が前記第２の電極上で処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、前記第１の電極を通して周期的な非正弦波信号を提供するように構成された第１の信号源であって、前記第１の信号源は、前記基板に前記非正弦波信号を印加するために、前記第１の電極に周期信号を提供するように構成され、前記周期信号は、少なくとも第１群の周期的傾斜部分を含む、第１の信号源と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例２］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第２の電極は、前記第２の電極と前記第１の電極との間に前記基板が配されるように、前記第１の電極と相対して配される、プラズマ処理システム。
［適用例３］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１の電極は、概ね円筒状であり、前記プラズマの少なくとも一部分を取り巻くように構成される、プラズマ処理システム。
［適用例４］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記第１の電極に結合され、前記プラズマを生成して前記基板を処理するために前記第１の電極を通して正弦波信号を提供するように構成された第２の信号源を備えるプラズマ処理システム。
［適用例５］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記第２の電極に結合され、前記プラズマを生成して前記基板を処理するために前記第２の電極を通して正弦波信号を提供するように構成された第２の信号源を備えるプラズマ処理システム。
［適用例６］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
第３の電極と、
前記第３の電極に結合され、前記プラズマを生成して前記基板を処理するために前記第３の電極を通して正弦波信号を提供するように構成された第２の信号源と、
を備え、前記第２の電極は、電気的に接地されている、プラズマ処理システム。
［適用例７］適用例６に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第３の電極は、概ね円筒状であり、前記プラズマの少なくとも一部分を取り巻くように構成される、プラズマ処理システム。
［適用例８］適用例６に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第３の電極は、前記第２の電極と相対して配される、プラズマ処理システム。
［適用例９］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１の電極の表面は、前記基板の表面に面するように構成され、前記第１の電極の前記表面の面積は、前記基板の前記表面の面積よりも小さい、プラズマ処理システム。
［適用例１０］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１群の周期的傾斜部分の各傾斜部分は、正イオンの増加を相殺するために右上がりの傾きを有する、プラズマ処理システム。
［適用例１１］適用例１０に記載のプラズマ処理システムであって、
前記周期信号は、更に、少なくとも周期パルスを含む、プラズマ処理システム。
［適用例１２］適用例１３に記載のプラズマ処理システムであって、
前記非正弦波信号は、更に、前記プラズマ処理システムにおいて正イオンを惹き付けるために前記周期パルス間に少なくとも一定の負部分を含む、プラズマ処理システム。
［適用例１３］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくともその２つの部分の間に前記第１の電極を配された状態で前記第１の電極を取り巻く接地部材と、
前記第１の電極を前記接地部材から電気的に絶縁するために前記接地部材と前記第１の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例１４］適用例１に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくともその２つの部分の間に前記第２の電極を配された状態で前記第２の電極を取り巻く接地部材と、
前記第２の電極を前記接地部材から電気的に絶縁するために前記接地部材と前記第２の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例１５］プラズマによって少なくとも一つの基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
第１の電極と、
前記基板を受けるように構成された、前記第１の電極と異なる第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方に結合された第１の信号源であって、前記プラズマ処理システムにおいて前記基板が処理されるときに前記基板におけるイオンエネルギ分布を制御するために、前記第１の電極を通して周期的な非正弦波信号を提供するように構成された第１の信号源と、
少なくともその２つの部分の間に前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方を配された状態で前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方を取り巻く接地部材と、
前記接地部材と前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方の少なくとも一部分との間に配された誘電体層であって、前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方を前記接地部材から電気的に絶縁するように構成された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例１６］適用例１５に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方は、前記第２の電極を表わす、プラズマ処理システム。
［適用例１７］適用例１６に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくともその２つの部分の間に前記第１の電極を配された状態で前記第１の電極を取り巻く第２の接地部材と、
前記第１の電極を前記第２の接地部材から電気的に絶縁するために前記第２の接地部材と前記第１の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例１８］適用例１５に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１の電極及び前記第２の電極の前記少なくとも一方は、前記第１の電極を表わす、プラズマ処理システム。
［適用例１９］適用例１８に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
少なくともその２つの部分の間に前記第２の電極を配された状態で前記第２の電極を取り巻く第２の接地部材と、
前記第２の電極を前記第２の接地部材から電気的に絶縁するために前記第２の接地部材と前記第２の電極の少なくとも一部分との間に配された誘電体層と、
を備えるプラズマ処理システム。
［適用例２０］適用例１８に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第１の電極は、概ね円筒状であり、前記プラズマの少なくとも一部分を取り巻くように構成される、プラズマ処理システム。
【図１】
0005883481.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
0005883481.tif 000007
【図６Ｂ】
0005883481.tif 000008
【図７Ａ】
0005883481.tif 000009
【図７Ｂ】
0005883481.tif 000010
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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