(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバ壁のエッチングや，チャンバ壁へのエッチング副産物の堆積を低減するようプラズマを閉じ込める。【解決手段】第１に，チャンバ壁に対して約０．８インチ〜約１．５インチのギャップ距離を持つ環状プラズマ閉じ込めリングを配置する。第２に，頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に電圧比で低減し、かつ頂部電極に供給された残りの電圧を逆相で基板支持体，又は基板に供給するインピーダンス閉じ込めスキームに依ってプラズマを閉じ込める。電圧比は、基板支持体および頂部電極を包囲する誘電体シールのインピーダンスを変化させることによって調整する。これにより，接地されたチャンバ壁に引き寄せられるプラズマの量を低減し、そのためプラズマの閉じ込めを改善する。プラズマ閉じ込めは、記載された環状リング、インピーダンス閉じ込めスキーム、または両方の組合せのいずれかを使用することによって改善することができる。【選択図】  図５Ｃ
2006270054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込めるように構成された装置であって、
１つ以上の誘電体層を有する基板支持体と、
前記基板支持体の周囲の環状リングであって、前記環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチ〜約１．５インチに等しいかそれを超えるギャップ幅を有するギャップがあるように構成された環状リングと、
頂部電極の周囲の誘電体シールであって、前記誘電体シールおよび前記基板支持体のインピーダンスが前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比に低下させるように構成された誘電体シールと、
を備える装置。
【請求項２】
前記電圧比が、約０．１〜約０．７５の間である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電圧比が、約０．２〜約０．６の間である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記誘電体シール、前記基板支持体、またはそれらの組合せのインピーダンスを調整することによって、前記電圧比を調整することができる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記環状リングの前記上層の厚さが約１／８インチ〜約１／４インチの間である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力が、プラズマ処理中に前記ギャップ幅の増加と共に減少する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
処理中の総ガス流量が１５００ｓｃｃｍに等しいかそれ未満である場合、前記チャンバ圧力が３０ミリトール未満に維持される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記プラズマ閉じ込めが前記環状リングによって、かつ／または前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比に低下させることによって改善される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
プラズマ処理チャンバの処理領域内にプラズマを閉じ込めるように構成された装置であって、
基板支持体の周囲の環状リングであって、前記環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチ〜約１．５インチに等しいかそれを超えるギャップ幅を持つギャップがあるように構成された環状リング、
を備える装置。
【請求項１０】
前記環状リングの前記上層の厚さが約１／８インチ〜約１／４インチの間である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力がプラズマ処理中に前記ギャップ幅の増加と共に減少する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
プラズマ処理チャンバの基板処理領域内にプラズマを閉じ込めるように構成された装置であって、
１つ以上の誘電体層を有する基板支持体と、
頂部電極を包囲する誘電体シールであって、前記誘電体シールおよび前記基板支持体のインピーダンスが前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比に低下させるように構成された誘電体シールと、
を備える装置。
【請求項１３】
前記電圧比が約０．１〜約０．７５の間である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電圧比が約０．２〜約０．６の間である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記誘電体シールおよび前記基板支持体のインピーダンスを調整することによって前記電圧比を調整することができる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記プラズマ閉じ込めが、前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比に低下させることによって改善される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
プラズマ処理チャンバ内で基板処理中に基板処理領域内にプラズマを閉じ込める方法であって、
基板支持体がその周囲に環状リングを有し、前記環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチ〜約１．５インチに等しいかまたはそれを超えるギャップ幅を持つギャップがあるように構成された、頂部電極を持つプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、
処理ガスを前記プラズマチャンバ内に流入させるステップと、
前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、
を備える方法。
【請求項１８】
前記環状リングの前記上層の厚さが約１／８インチ〜約１／４インチの間である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力が前記ギャップ幅の増加と共に減少する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
処理中の総ガス流量が１５００ｓｃｃｍに等しいかそれ未満である場合、前記チャンバ圧力が３０ミリトール未満に維持される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記プラズマ閉じ込めが前記環状リングによって改善される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
プラズマ処理チャンバ内で基板処理中に基板処理領域内にプラズマを閉じ込める方法であって、
基板支持体がその周囲に環状リングを有し、前記環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチ〜約１．５インチに等しいかまたはそれを超えるギャップ幅を有するギャップがあり、かつ頂部電極の周囲に誘電体シールがあるように構成された、前記頂部電極を持つプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、
処理ガスを前記プラズマチャンバ内に流入させるステップと、
電源電圧の電圧比を前記頂部電極に供給し、かつ残りの電圧を逆相で前記基板支持体に供給することによって、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、
を備える方法。
【請求項２３】
前記電圧比が約０．１〜約０．７５の間である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記電圧比が約０．２〜約０．６の間である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記誘電体シールおよび前記基板支持体のインピーダンスを調整することによって前記電圧比を調整することができる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記環状リングの前記上層の厚さが約１／８インチ〜約１／４インチの間である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力がプラズマ処理中に前記ギャップ幅の増加と共に減少する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
処理中の総ガス流量が１５００ｓｃｃｍに等しいかそれ未満である場合、前記チャンバ圧力が３０ミリトール未満に維持される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記プラズマ閉じ込めが前記環状リングによって、かつ／または前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比に低下させることによって改善される、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
プラズマ処理チャンバ内で基板処理中に基板処理領域内にプラズマを閉じ込める方法であって、
頂部電極および前記頂部電極を包囲する誘電体シールを持つプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、
処理ガスを前記プラズマチャンバ内に流入させるステップと、
前記頂部電極に電源電圧の電圧比を供給し、かつ残りの電圧を逆相で前記基板および前記基板支持体に供給することによって、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、
を備える方法。
【請求項３１】
前記電圧比が約０．１〜約０．７５の間である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記電圧比が約０．２〜約０．６の間である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記誘電体シールおよび前記基板支持体のインピーダンスを調整することによって前記電圧比を調整することができる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記プラズマ閉じ込めが、前記頂部電極に供給される電圧をプラズマ処理中に供給電圧の電圧比で低下させることによって改善される、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明の実施形態は一般的に、プラズマ処理反応器でプラズマを閉じ込めかつ流動コンダクタンスを高める方法および装置に関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]マイクロ電子集積回路の製造における半導体ウェハのプラズマ処理は、誘電体エッチング、金属エッチング、化学気相堆積、および他のプロセスに使用される。半導体基板処理では、特徴サイズおよび線幅をますます微小化する傾向から、半導体基板上の材料のより高精度のマスキング、エッチング、および堆積に重点が置かれてきた。
【０００３】
[0003]典型的に、エッチングは、支持部材によって支持された基板上の低圧処理領域に供給される作動ガスに高周波（ＲＦ）電力を印加することによって達成される。結果的に得られる電界は処理領域に、作動ガスを励起させてプラズマ化する反応ゾーンを発生させる。支持部材は、それに支持された基板に向かってプラズマ内のイオンが引き寄せられるように、バイアスされる。イオンは、基板に隣接するプラズマの境界層に向って移動し、境界層を出ると加速する。加速されたイオンは、基板の表面から材料を除去またはエッチングするのに必要なエネルギを生む。加速されたイオンは処理チャンバ内の他の構成要素をエッチングし得るので、プラズマを基板上の処理領域に閉じ込めることが重要である。
【０００４】
[0004]閉じ込められないプラズマは、エッチング副産物（典型的にポリマ）をチャンバ壁に堆積させ、かつチャンバ壁をエッチングすることもある。チャンバ壁におけるエッチング副産物の堆積は、プロセスをドリフトさせることがある。チャンバ壁からエッチングされた材料は、再堆積によって基板を汚染することがあり、さらに／またはチャンバに対してパーティクルを発生させる場合がある。加えて、閉じ込められないプラズマは、下流エリアにもエッチング副産物の堆積を引き起こし得る。蓄積されたエッチング副産物は剥落し、結果的にパーティクルが生じる場合がある。下流エリアにおけるエッチング副産物の堆積に起因するパーティクルの問題を軽減するために、追加の下流洗浄を要し、それはプロセスのスループットを低減させ、処理コストを増加させる。
【０００５】
[0005]閉じ込められるプラズマは、チャンバの汚染、チャンバの洗浄を低減し、プロセスの再現性を改善（つまりプロセスのドリフトを低減）することができる。プラズマを閉じ込めるために、（下記の）スロット付きプラズマ閉じ込めリングのようなプラズマ閉じ込めデバイスが開発されてきた。コンタクトエッチングおよび高アスペクト比のトレンチエッチングのような特定の工程前半（ＦＥＯＬ）の用途では、比較的高い総ガス流量（例えば約９００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍの間）の下で、比較的低い処理圧（例えば３０ミリトール以下）を必要とする。スロット付きプラズマ閉じ込めリングのようなプラズマ閉じ込めデバイスは、下流へのガス流に対し流動抵抗を生じることがあり、結果的に、上記したＦＥＯＬ用途にとって充分に低い（例えば３０ミリトール以下）プラズマチャンバ内の圧力をもたらす。
【０００６】
[0006]したがって、プラズマをプラズマチャンバ内部の処理領域内にプラズマを閉じ込めるだけでなく、流動コンダクタンスをも高める、改善された方法および装置を要する。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は一般的に、プラズマ処理反応器でプラズマを閉じ込めかつ流動コンダクタンスを高める方法および装置に関する。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込めるように構成された装置は、１つ以上の誘電体層を有する基板支持体と、基板支持体の上部を包囲する環状リングであって、環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチから約１．５インチまでのギャップ幅を有するギャップがあるように構成された環状リングと、頂部電極と処理チャンバ本体との間に配置された誘電体シールとを備え、頂部電極、誘電体シール、基板と同様に基板支持体、およびプラズマのインピーダンスが、頂部電極に供給される電圧を電圧比で低減し、かつプラズマ処理中に頂部電極に供給される残りの電圧を逆相で基板および基板支持体に供給する。
【０００８】
[0008]別の実施形態では、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを処理領域内に閉じ込めるように構成された装置は、基板支持体の上部を包囲する環状リングを備え、環状リングと処理チャンバ壁との間に、約０．８インチに等しいかそれを超える、１．５インチ以下のギャップ幅を持つギャップがある
[0009]別の実施形態では、プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込めるように構成された装置は、１つ以上の誘電体層を有する基板支持体と、頂部電極を包囲する誘電体シールとを備え、頂部電極、誘電体シール、基板と同様に基板支持体、およびプラズマのインピーダンスが、頂部電極に供給される電圧を電圧比で低減し、かつプラズマ処理中に頂部電極に供給される残りの電圧を逆相で基板および基板支持体に供給する。
【０００９】
[0010]別の実施形態で、プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込める方法は、頂部電極と、環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチから約１．５インチまでのギャップ幅を有するギャップを置いて基板支持体の上部を包囲する環状リングとを持つプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、処理ガスをプラズマチャンバ内に流入させ、かつプラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、を備える。
【００１０】
[0011]別の実施形態で、プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込める方法は、頂部電極と、頂部電極を包囲する誘電体シールと、環状リングと処理チャンバ壁との間に約０．８インチから約１．５インチまでのギャップ幅を有するギャップを置いて基板支持体の上部を包囲する環状リングとを有するプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、処理ガスをプラズマチャンバ内に流入させるステップと、かつ、頂部電極に供給される電圧の電圧比を供給すると共に、頂部電極に供給された残りの電圧を逆相で基板および基板支持体に供給することによって、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、を備える。
【００１１】
[0012]さらに別の実施形態で、プラズマ処理チャンバ内で基板の処理中にプラズマを基板処理領域内に閉じ込める方法は、頂部電極と頂部電極を包囲する誘電体シールとを持つプラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置するステップと、処理ガスをプラズマチャンバ内に流入させるステップと、かつ、頂部電極に供給される電圧の電圧比の電圧を供給すると共に、頂部電極に供給される残りの電圧を逆相で基板および基板支持体に供給することによって、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、を備える。
【００１２】
[0013]本発明の上述した実施形態の達成の仕方を詳細に理解することができるように、添付の図面に図示する囲その実施形態を参照することによって、上に簡単に要約した本発明のより詳細な説明を得ることができる。しかし、添付の図面は本発明の典型的な実施形態を図示するだけであり、したがって、本発明は他の同等に有効な実施形態を認めることができるので、その範囲の限定とみなすべきではないことに留意されたい。
【００１３】
[0032]理解を促進するために、図に共通する同一要素を指定する場合、可能な限り、同一参照番号が使用されている。図面の図は全て略図であり、縮尺ではない。
【詳細な説明】
【００１４】
[0033]プラズマ処理チャンバ内で基板を処理するプロセスを図１Ａに示す。プロセスはステップ２０１で、基板をプラズマ処理チャンバに配置することによって開始される。次に、ステップ２０２で、処理ガスがプラズマ処理チャンバ内に流入される。その後、ステップ２０３で、プラズマがプラズマ処理チャンバで発生する。ステップ２０４で、基板がプラズマ処理チャンバ内で処理される。プラズマ処理チャンバ内で行われる処理は、堆積、エッチング、又はプラズマ処置であり得る。本発明の概念は、どの型のプラズマ処理にも適用される。
【００１５】
[0034]図１Ｂは、壁を保護するためにライナを含むことのできる反応器チャンバ１００を含み、チャンバの底部の基板支持体（またはペデスタル）１０５で半導体ウェハ１１０を支持する、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造されたＥＮＡＢＬＥＲ（登録商標）エッチシステムのようなプラズマ反応器の一例を図示する。チャンバ１００は、接地チャンバ本体１２７上のウェハ１１０より予め定められたギャップ長だけ上に誘電体（石英）シール１３０によって支持された、円板形オーバヘッドアルミニウム電極１２５によって上部を界接される。発電機１５０は超高周波（ＶＨＦ）電力を電極１２５に印加する。ＶＨＦは一般的に約３０ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚの間であり、約１０ｋＨｚから約１０ＧＨｚまでの範囲のＲＦ帯域の一つである。一実施形態では、ＶＨＦソース電力周波数は、３００ｍｍウェハ直径の場合、１６２ＭＨｚである。発電機１５０からのＶＨＦ電力は、発電機１５０に整合させた同軸ケーブル１６２を介して、電極１２５に接続された同軸スタブ１３５に結合される。スタブ１３５は特性インピーダンス、共振周波数を有し、電極１２５と同軸ケーブル１６２またはＶＨＦ発電機１５０との間のインピーダンス整合をもたらす。チャンバ本体は、ＶＨＦ発電機１５０のＶＨＦ帰路（ＶＨＦ接地）に接続される。バイアス電力は、従来のインピーダンス整合回路２１０を介してウェハ支持体１０５に結合されたバイアス電力ＲＦ信号発生器２００によって、ウェハに印加される。バイアス発生器２００の電力レベルは、ウェハ表面付近のイオンエネルギを制御する。バイアス電力（一般的に１３．５６ＭＨｚ）は、典型的にイオンエネルギを制御するのに使用される一方、ＶＨＦソース電力は、プラズマ密度を支配するためにオーバヘッド電極に印加される。真空ポンプシステム１１１はプレナム１１２を介してチャンバ１００を排気する。
【００１６】
[0035]基板支持体１０５は、下部絶縁層５５１０を支持する金属ペデスタル層５５０５と、下部絶縁層５５１０の上にある導電性メッシュ層５５１５と、導電性メッシュ層５５１５を覆う薄い上部絶縁層５５２０とを含む。半導体ワークピースまたはウェハ１１０は、上部絶縁層５５２０の上に配置される。基板支持体１０５およびウェハ１１０は、基板処理中にカソードを形成する。ウェハ１１０が存在しなければ、基板支持体１０５がプラズマ処理中のカソードである。導電性メッシュ層５５１５および金属ペデスタル層５５０５は、それぞれモリブデンおよびアルミニウムのような材料から形成することができる。絶縁層５５１０および５５２０は、窒化アルミニウムまたはアルミナのような材料から形成することができる。導電性メッシュ層５５１５は、ウェハ１１０の表面におけるイオン衝撃エネルギを制御するため、ＲＦバイアス電圧を供給する。導電性メッシュ５５１５はまた、ウェハ１１０を静電吸着および脱吸着するために使用することもでき、その場合、周知のやり方で吸着電圧源に接続することができる。したがって、導電性メッシュ５５１５は必ずしも接地されず、従来の吸着および脱吸着動作に従って、交互に浮動電位または固定ＤＣ電位を有することができる。ウェハ支持体１０５、特にメタルペデスタル層５５０５は一般的に（必ずしもそうである必要はない）接地に接続され、オーバヘッド電極１２５によって放射されるＶＨＦ電力の帰路の一部を形成する。
【００１７】
[0036]基板支持体全体のインピーダンスの均等性を改善するために、誘電体シリンダ状スリーブ５５５０はＲＦ導体５５２５を包囲するように設計される。スリーブ５５５０を構成する材料の軸長および誘電率は、ＲＦ導体５５２５によってＶＨＦ電力に与えられる供給点インピーダンスを決定する。スリーブ５５５０を構成する材料の軸長および誘電率を調整することによって、ＶＨＦソース電力のより均等な容量結合のために、より均等なインピーダンスの半径方向分布を達成することができる。
【００１８】
[0037]スタブ１３５の遠端１３５ａの終端導体１６５は、内側および外側導体１４０、１４５を短絡するので、スタブ１３５はその遠端１３５ａで短絡される。スタブ１３５の近端１３５ｂ（非短絡端）では、外側導体１４５が環状導電性筺体または支持体１７５を介してチャンバ本体に接続される一方、内側導体１３０は導電性シリンダまたは支持体１７６を介して電極１２５の中心に接続される。導電性シリンダ１７６と電極１２５との間に誘電体リング１８０が保持され、それらを分離する。
【００１９】
[0038]内側導体１４０は、処理ガスおよび冷媒のようなユーティリティ用の導管を提供することができる。この特徴の主要な利点は、典型的なプラズマ反応器とは異なり、ガス管路１７０および冷媒管路１７２が大きい電位差を超えないことである。したがって、それらは、このような目的により安価かつより信頼できる材料である金属から構成することができる。金属製ガス管路１７０は、オーバヘッド電極１２５にあるかまたはそれに隣接するガス入口１７２に送り、金属製冷媒管路１７３はオーバヘッド電極１２５内の冷媒通路またはジャケットに送る。
【００２０】
[0039]先に記載したように、閉じ込められないプラズマは、チャンバ壁にエッチング副産物（一般的にポリマ）の堆積を引き起こし、またチャンバ壁をエッチングすることもあり得る。チャンバ壁におけるエッチング副産物の堆積はプロセスをドリフトさせることがある。チャンバ壁からエッチングされた材料は、再堆積によって基板を汚染することがあり、さらに／またはチャンバに対してパーティクルを発生させる場合がある。加えて、閉じ込められないプラズマは、処理ゾーンの下流エリアにも到達して、典型的にポリマであるエッチング副産物の堆積を下流エリアで引き起こし得る。下流エリアに堆積したエッチング副産物は、洗浄することが難しい。蓄積されたエッチング副産物は剥落して、結果的にパーティクルを発生させる場合がある。パーティクルの問題および洗浄時間を軽減するために、ウェハ１１０の周囲およびオーバヘッド電極１２５と基板支持体１０５との間に配置されたスロット付き閉じ込めリング５０（図２の先行技術参照）が以前に提案された。
【００２１】
[0040]図２（先行技術）は、プラズマを閉じ込めるために以前に提案されたスロット付き閉じ込めリング５０の斜視図を図示する。スロット付き閉じ込めリング５０の詳細は、本願と同一譲受人に譲渡され、２００３年４月１７日に出願された、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｏ  Ｃｏｎｆｉｎｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｆｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  Ａ  Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する米国特許出願第１０／４１８，９９６号にさらに記載されており、それを参照として本明細書に組み込む。閉じ込めリング５０のスロットは処理ガス混合物を通過させ、チャンバ１００内の流動抵抗を低減させる。閉じ込めリング５０はバッフル５５と、バッフル５５の底部に結合された基台５８とを含む。基台５８は一般的に、閉じ込めリング５０の電気接地および機械的強度をもたらすように構成される。バッフル５５は、その上部の開口７０を画成する。開口７０はガス分布板１２５のシャワーヘッドを受容するように構成され、シャワーヘッド中を流れるガスはバッフル５５内部の処理領域７２内に閉じ込められる。バッフル５５は更に、ウェハ１１０の周囲に配設される複数のスロット５７および複数のフィンガ５９を含む。プラズマ中の中性粒子はスロット５７を通過してプレナム１１２内に進むように構成される。
【００２２】
[0041]スロット付き閉じ込めリング５０は優れたプラズマ閉じ込めを提供し、閉じ込めリング５０のスロット５７は、チャンバ１００内の流動抵抗をほとんどの用途にとって充分に低く低減するが、一部のＦＥＯＬ用途の場合、流動抵抗は高すぎる。先に記載したように、コンタクトエッチングおよび高アスペクト比トレンチエッチングのような工程前半（ＥＦＯＬ）の用途は、比較的低い処理圧（例えば３０ミリトール以下）および高い総ガス流量（例えば約９００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍの間）を必要とする。スロット付き閉じ込めリングによって発生する流動抵抗は、チャンバ圧力をこれらの用途に必要な低い圧力範囲より高く上昇させる場合がある。したがって、プラズマを閉じ込めるだけでなく、流動抵抗をもさらに低減させる閉じ込めリングを設計する必要がある。
【００２３】
[0042]プラズマ密度は壁付近では比較的低いので、チャンバ内壁１２８から距離（つまりギャップ）を置いて基板１１０の周囲に配置される環状リングは恐らくは、スロット付き閉じ込めリングの設計と同レベルのプラズマ閉じ込めを持ち、しかも流動抵抗を減少することができる。環状リングの縁とチャンバ内壁１２８との間の距離（つまりギャップ）は、大きすぎてはいけない。キャップ距離がチャンバ壁付近でプラズマシースの厚さより大きい場合、それはウェハ上の反応ゾーンからチャンバ壁および下流の方向に離れるプラズマの量を増大することがあり、それはプラズマの閉じ込めを低減させる。環状リングの縁とチャンバ内壁１２８との間の距離（つまりギャップ）は、チャンバ圧力に影響する流動抵抗が受け入れられないレベルまで増加するので、小さすぎてもいけない。したがって、チャンバ内へ着１２８から適切な距離を置いて基板１１０の周囲に配置される環状プラズマ閉じ込めリングは、優れたプラズマ閉じ込めおよび低い流動抵抗の要件を満たすものと提案される。
【００２４】
[0043]図３Ａは、環状プラズマ閉じ込めリング１１５を持つ処理チャンバの一実施形態の略図を示す。環状リング１１５は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）またはアルミニウム（Ａｌ）のような導電性材料から作ることができる。環状リング１１５はウェハ１１０を包囲する。環状リング１１５は、接地されたチャンバ本体１２７に結合され、誘電体（石英）リング１２０によって基板支持体１０５から電気的に分離される。これは、導電性環状リング１１５が基板１１０および導電性メッシュ層５５１５に接触してバイアス電力の効果を解消するのを、防止するために必要である。誘電体リング１２０の最下点は、導電性メッシュ層５５１５の最下点より低くする必要がある。環状リング１１５の上面は、基板を基板支持体１０５上に適切に配置させ、かつ流動の再循環を最小化するために、基板１１０の表面の平面とほぼ同一にする必要がある。誘電体リング１２０の上面は、図３Ｂの別の実施形態に示すように、基板１１０の上面および環状リング１１５の上面と同じ高さとすることができる。図３Ｂに示す実施形態では、プラズマ閉じ込め環状リング１１５は誘電体リング１２０の上に配置される。
【００２５】
[0044]環状リング１１５はチャンバ内壁１２８からギャップ幅１１７の位置に離間される。環状リング１１５の上部分の厚さ１１９は、厚さ１１９の増加と共に流動抵抗が増大するので、厚すぎてはいけない。一実施形態では、厚さ１１９は約１／８インチ〜約１／４インチの間の範囲内である。厚さ１１９の上部分はその厚さおよび機械的強度が限定されるので、環状リングの隅１１８は、環状リングの機械的強度をもたらすために使用される。機械的強度をもたらすことのできる隅１１８以外の構造も使用することができる。
【００２６】
[0045]プラズマ閉じ込めの効果に対するギャップ幅１１７の影響をよりよく理解するために、環状リングの設計および比較のためのスロット付きリングの設計に対し、チャンバ圧力、チャンバのプラズマ密度、および圧力のシミュレーションが行われた。チャンバ圧力のシミュレーションには、フランスのＥＳＩグループによる計算流体力学（ＣＦＤ）ソフトウェアＣＦＤ−ＡＣＥ＋が使用された。ＣＦＤ−ＡＣＥ＋は、流れ、熱伝達、応力／変形、化学反応動力学、電気化学、およびその他を含め、広範囲の物理学領域用の一般的な偏微分方程式（ＰＤＥ）ソルバである。それは複数次元（０Ｄ〜３Ｄ）の定常的および過渡的な形でそれらを解く。ＣＦＤ−ＡＣＥ＋は、複合的なマルチフィジックス（ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ）および分野横断的な用途に使用される。現行の調査には、該ソフトウェアの「Ｆｌｏｗ」モジュールが使用される。ＣＦＤ−ＡＣＥ＋シミュレータの「Ｆｌｏｗ」モジュールを使用することによる圧力のシミュレーションは、実験結果と極めてよく一致した。表１は、図２に描いたスロット付きプラズマ閉じ込めリングを持つ図１Ｂに描いた反応器に対するシミュレーションおよび実験結果の比較を示す。表１で、ポンプ圧とは図１Ｂのポンプ１１１の圧力設定値を指す。チャンバ内壁の半径は２７ｃｍであり、ウェハ１１０と頂部電極１２５の下面との間の距離は３．２ｃｍである。チャンバの圧力データは、ウェハの中心から６．８ｃｍ離れたウェハの真上の位置で収集される。リング下の圧力データは、スロット付き閉じ込めリングの真下で収集される。結果は、シミュレーション結果と実験結果との間の優れた一致を示す。結果はまた、スロット付き閉じ込めリングが比較的高い流動抵抗を持ち、反応チャンバ内部の圧力が圧力設定値よりかなり増加することをも示す。
【００２７】
【表１】
2006270054.tif 000003
【００２８】
[0046]チャンバプラズマ密度のシミュレーションは、イリノイ州アーバナ、イリノイ大学アーバナ−シャンベーン校電気コンピュータ工学部によって開発された、ハイブリッドプラズマ機器モデル（ＨＰＥＭ）を使用する。ＨＰＥＭは、低圧（１０代未満のトール）プラズマ処理反応器用の包括的なモデル化プラットフォームである。このシミュレータによるプラズマ密度のシミュレーションについての詳細は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌｕｍｅ  ８２（６），１９９７の２８０５〜２８１３頁に発表された「Ａｒｇｏｎ  Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ  Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ  Ｉｎ  Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｒ，  Ａｒ／Ｏ２  ａｎｄ  Ａｒ／ＣＦ４  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ」と題する論文に見ることができる。該プラズマシミュレータは、半導体機器産業で幅広く使用されている。本発明者等の経験は、ＨＰＥＭによるプロセスパラメータ変動のプラズマシミュレーションがプロセス結果と極めてよく一致することを示している。
【００２９】
[0047]環状リングの設計に対しては、シミュレーションは０．５インチ〜３インチのギャップ幅１１７を含む。シミュレートするプロセス条件は、前述したコンタクトエッチングおよび深いトレンチエッチングに類似する。高いガス流量をシミュレートするために１５００ｓｃｃｍの高いガス流量が使用される。シミュレーションを簡素化するために、処理ガスは、Ｃ４Ｆ６およびアルゴン（Ａｒ）のような他の型の処理ガスを含む代わりに、Ｏ２だけを含む。ギャップ幅１１７の関数としてプラズマ閉じ込めの程度を比較するプラズマ閉じ込めの調査のために、シミュレーションでＯ２ガスだけを使用することにより、プラズマ閉じ込めに対するガス距離１１７の影響を学習することができる。シミュレートする頂部電極の電力（または電源電力）は１．８５ｋＷであり、ガス温度は８０℃である。総電源電力は１．８５ｋＷである。頂部電極電圧（または電源電圧）Ｖｓは一般的に、約１００〜約２００ボルトの間であり、シミュレーションでは１７５ボルトのＶｓが使用される。基板（またはウェハ）の半径は１５ｃｍ（つまり６インチ）であり、頂部電極から基板までの間の間隔は３．２ｃｍ（つまり１．２５インチ）である。チャンバ内壁１２８の半径は２７ｃｍ（つまり１０．６インチ）である。誘電体リング１２０の幅は２．２ｃｍ（つまり０．８７インチ）であり、シミュレートする環状プラズマ閉じ込めリング１１５の幅は、８．５ｃｍ（つまり３．３インチ）〜２．２ｃｍ（つまり０．９インチ）の間で変化する。シミュレートする環状閉じ込めリング１１５とチャンバ内壁１２８との間の間隔は、１．３ｃｍ（つまり０．５インチ）〜７．６ｃｍ（つまり３．０インチ）の間で変化する。
【００３０】
[0048]図３Ｃは、図３Ａに描かれた環状リング１１５を持つ図１に描かれたプラズマチャンバのプラズマシミュレーションの結果を示す。低圧プラズマチャンバ内では、圧力およびプラズマ密度は、チャンバ全体にわたって完全に均等ではない。圧力は一般的にウェハの中心付近が高く、ウェハの縁付近が低く、ポンプでポンプ圧力設定点に達する。図３Ｂの圧力データは、チャンバ壁とウェハ上面の平面との交差部、つまり図３Ａ中の位置「Ｐ」における圧力である。閉じ込めレベルの程度を定量化するために、プラズマ密度比は、環状リング１１５の上部の真下に沿って延びる線１１６より下の最大プラズマ密度の、ウェハ表面とオーバヘッドアルミニウム電極１２５との間の容積に発生するプラズマチャンバ内の最大プラズマ密度に対する比と定義される。プラズマ密度比が低ければ低いほど、プラズマ閉じ込めリングはプラズマの閉じ込めによく機能したことになる。
【００３１】
[0049]図３Ｃの破線３０１は、スロット付き閉じ込めリング設計の３５．３ミリトールのチャンバ圧力を示す。図３Ｃのは破線３０２は、スロット付き閉じ込めリング設計に対して得られた０．００４のプラズマ密度比を示す。３５．３ミリトールのチャンバ圧力および０．００４のプラズマ密度比は両方ともシミュレーション結果から得られる。スロット付きリング設計はギャップ幅１１７が変化しないので、破線３０１および３０２は水平線である。曲線３１１はギャップ幅１１７の関数としてのチャンバ圧力を示す一方、曲線３１２はギャップ幅１１７の関数としてのプラズマ密度比を示す。０．５インチのギャップ幅の環状リング設計の場合、チャンバ圧力は、スロット付き閉じ込めリング設計より高い３５．８ミリトールであることが分かり、プラズマ密度比はスロット付き閉じ込めリング設計より低い０．０００１３である。低いプラズマ密度比が望ましいが、高いチャンバ圧力はそうではない。ギャップ幅１１７が１インチに増大すると、チャンバ圧力は、スロット付きリング設計より低く、かつ工程前半部に対する３０ミリトール未満の低圧要件より低い、２７．９ミリトールに低減し、プラズマ密度比は以前としてスロット付きリング設計より低い０．００２である。ギャップ幅１１７が１．５インチに増大すると、チャンバ圧力はさらに２６．２ミリトールに低減し、プラズマ密度比は０．０２３であり、それはスロット付きリング設計より高いが、それでも比較的低い。ギャップ幅１１７が１．５インチを超えて増大すると、チャンバ圧力の低下における広いギャップ幅１１７の効果は低減する。しかし、プラズマ密度は増加し続ける。
【００３２】
[0050]表２は、図２に描かれたスロット付きプラズマ閉じ込めリングおよび図３Ａに描かれた環状プラズマ閉じ込めリングを持つ、図１Ｂに描かれた反応器のシミュレーション結果の比較を示す。環状リングとチャンバ壁１２８との間のギャップ距離は１インチである。表２で、ポンプ圧とは図１Ｂのポンプ１１１の圧力設定値を指す。チャンバ内壁の半径は２７ｃｍであり、ウェハ１１０と頂部電極１２５の下面との間の距離は３．２ｃｍである。チャンバの圧力データは、ウェハの中心から６．８ｃｍ離れたウェハの真上の位置で収集される。リング下の圧力データは、スロット付き閉じ込めリングまたは環状リングの真下で収集される。結果は、スロット付きプラズマ閉じ込めリングのチャンバ圧力が、環状プラズマ閉じ込めリングより高いことを示す。加えて、チャンバと閉じ込めリング下との間の圧力差は、スロット付きプラズマ閉じ込めリング（ΔＰ＝１５．３ミリトール）の方が環状プラズマ閉じ込めリング（ΔＰ＝９．４ミリトール）より高い。
【００３３】
【表２】
2006270054.tif 000004
【００３４】
[0051]図３Ｄは、ギャップ幅１１７が０．５インチのときの処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示し、プラズマ密度比は０．０００１３である。Ｘ軸は処理チャンバの中心からの距離であり、Ｙ軸は基板支持体１０５の上面より３．９ｃｍ下からの距離である。結果は、プラズマが基板の上の領域内に相対的に閉じ込められることを示す。残念ながら、チャンバ圧力は３５．８ミリトールであり、それは３０ミリトール以下の仕様より高い。図３Ｅは、ギャップ幅１１７が３インチのときの処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示し、ここでプラズマ密度比は０．１２である。結果は、反応気の下流に向ってかなりのプラズマ損失があることを示す。
【００３５】
[0052]図３Ｃのシミュレーション結果は、ギャップ幅１１７が増大するにつれて、流動に対する抵抗が減少し、したがって、ウェハ圧力が低下することを示す。ギャップ幅１１７が増大すると、より多くのプラズマが閉じ込めリングの下流に透過し、したがって、プラズマ密度比が増大する。図３Ｂのシミュレーション結果によると、チャンバ圧力を３０ミリトール以下に保つために、ギャップ幅１１７は約０．８インチまたはそれ以上にする必要がある。しかし、大きいギャップ幅１１７は結果的に下流へのより高いプラズマ損失をもたらすので、ギャップ幅１１７は大きすぎてはいけない。先に記載したように、ギャップ幅１１７が１．５インチを超えて増加すると、チャンバ圧力の低下におけるより広いギャップ幅１１７の効果は顕著ではないが、プラズマ密度比は増大し続ける。１．５インチのギャップ幅１１７におけるプラズマ密度比は０．０２３であり、それは適度に低い。したがって、ギャップ幅１１７は１．５インチ未満に保つ必要がある。
【００３６】
[0053]プラズマ閉じ込めをさらに改善するために、頂部電極の電圧を低下させて、頂部電極１２５とチャンバ壁１２８との間の電圧降下を低減させる概念が調査された。典型的に、電源電力は主に、電源電圧Ｖｓで頂部電極を介して供給される。頂部電極電圧がより低く、電源電圧のごく一部分ｆ、つまりｆＶｓであり、基板処理中に基板支持体１０５およびウェハ１１０によって形成されるカソードが−（１−ｆ）Ｖｓの電圧を維持する場合、頂部電極１２５と基板処理中に基板支持体１０５およびウェハ１１０によって形成されるカソードとの間の電圧差は同一電圧値Ｖｓに保たれるが、頂部電極１２５と接地されたチャンバ壁１２８との間の電圧差はｆＶｓまで低下する。頂部電極１２５と接地されたチャンバ壁１２８との間のより低い電圧差は、チャンバ壁１２８に引き付けられるプラズマの量を低減する。電源電力をより低い頂部電極電圧ｆＶｓで供給し、かつカソードを頂部電極とは逆相で−（１−ｆ）Ｖｓに維持する手段は、頂部電極１２５に関連するチャンバ構成要素、つまり基板処理中に基板支持体１０５およびウェハ１１０によって形成されるカソード、およびチャンバ壁１２８のインピーダンスを調整することによる。処理中にウェハ１１０がチャンバ内に存在しない場合、基板支持体１０５がカソードを形成する。チャンバ構成要素のインピーダンスをどのように調整して頂部電極の電圧を低下させるかの詳細は、下記する。
【００３７】
[0054]図４Ａは、頂部電極１２５（または電源）および接地されたカソード（基板処理中の基板支持体１０５とウェハ１１０）の相対電圧値を示す。図４Ｂは、頂部電極１２５および接地されたチャンバ壁１２８の相対電圧値を示す。両図のＸ軸は、頂部電極１２５と、基板支持体１０５と基板１１０によって形成されるカソード、またはチャンバ壁内面との間の間隔を表わす。Ｘ軸の距離は縮尺ではない。頂部電極電圧は＋Ｖｓと−Ｖｓとの間で振動する一方、カソードおよびチャンバ壁は０（接地）に維持される。プラズマのバルクは頂部電極よりＶｏ高い電圧を有し、それはＶｓよりずっと小さい。曲線４０１は、頂部電極電圧が＋Ｖｓであるときに、頂部電極１２５と、基板処理中に基板支持体１０５およびウェハ１１０によって形成されるカソードとの間の電圧を表わす。頂部電極１２５とカソードとの間の電圧差４１１は、頂部電極電圧が＋Ｖｓであるときに、Ｖｓに等しい。破線曲線４０２は、電源電圧が−Ｖｓであるときの電源とカソードとの間の電圧を表わす。頂部電極１２５とカソードとの間の電圧差４１２は、頂部電極１２５の電圧が−Ｖｓであるときに、−Ｖｓに等しい。
【００３８】
[0055]同様に、図４Ｂで、曲線４０３は、頂部電極１２５が＋Ｖｓであるときの電源とチャンバ壁との間の電圧を表わす。頂部電極電圧が＋Ｖｓであるときの頂部電極１２５とチャンバ壁１２８との間の電圧差４１３は、Ｖｓに等しい。破線曲線４０４は、電源電圧が−Ｖｓであるときの頂部電極１２５とチャンバ壁１２８との間の電圧を表わす。頂部電極電圧が−Ｖｓであるときの頂部電極１２５とチャンバ壁１２８との間の電圧差４１４は−Ｖｓに等しい。
【００３９】
[0056]基板支持体１０５のインピーダンスおよび下でさらに詳細に説明する誘電体シール１３０のインピーダンスを同調させることにより、頂部電極に供給される電源電圧を総電源電圧のごく一部分、例えば半分（Ｖｓ／２）に低減することができる一方、カソード電圧は、差を補償するために、−Ｖｓ／２のように頂部電極の逆相に維持される。電源電圧とカソードとの間の電圧差は以前としてＶｓまたは−Ｖｓであるので、プラズマプロセスは変化しない。図４Ｃは、頂部電極１２５およびカソード（接地せず）の相対値を示す。頂部電極電圧は＋Ｖｓ／２と−Ｖｓ／２との間で振動する一方、カソード電圧は−Ｖｓ／２とＶｓ／２との間でそれぞれ振動する。曲線４０５は、頂部電極電圧が＋Ｖｓ／２であるときの電極とカソードとの間の電圧値を表わす。頂部電極１２５の電圧が＋Ｖｓ／２のときに、頂部電極１２５と、基板支持体１０５およびウェハ１１０によって形成されるカソードとの間の電圧差４１５はＶｓに等しい。破線曲線４０６は、電源電圧が−Ｖｓ／２であるときの頂部電極１２５とカソードとの間の電圧を表わす。電源電圧が−Ｖｓ／２であるときの頂部電極１２５とカソードとの間の電圧差４１６は−Ｖｓに等しい。
【００４０】
[0057]図４Ｄで、曲線４０７は、頂部電極電圧が＋Ｖｓ／２であるときの頂部電極とチャンバ壁（接地）との間の電圧を表わす。頂部電極電圧が＋Ｖｓ／２であるときの頂部電極とチャンバ壁（接地）との間の電圧差４１７はＶｓ／２に等しい。破線曲線４０８は、頂部電極電圧が−Ｖｓ／２であるときの頂部電極とチャンバ壁との間の電圧を表わす。頂部電極電圧が−Ｖｓ／２であるときの頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差４１８は−Ｖｓ／２に等しい。カソードのインピーダンスを同調させて頂部電極の電圧を低下させることにより、頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差は、当初の値の半分に低減することができる。頂部電極とカソードとの間の電圧差（Ｖｓ）は頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差（Ｖｓ／２）より大きいので、プラズマイオイは、チャンバ壁に引き付けられるより、頂部電極とカソードとの間の領域にとどまる可能性の方が高い。
【００４１】
[0058]低い電圧差に加えて、閉じ込められないプラズマのため失われ得る電力の量も、１／４に低減される。下の方程式１は、頂部電極電圧がＶｓであるときのＰ（電力）と頂部電極からチャンバ壁までの間の電圧差との間の関係を示す。
【００４２】
Ｐ∝（Ｖｓ）２＝Ｖｓ２                                                  （１）
[0059]下の方程式２は、頂部電極電圧がわずかＶｓ／２であるときのＰ（電力）と頂部電極からチャンバ壁までの間の電圧差との間の関係を示す。
【００４３】
Ｐ∝（Ｖｓ／２）２＝Ｖｓ２／４                                          （２）
頂部電極電圧を二分の一に低下することにより、チャンバ壁に失われ得る電力は、当初の値の四分の一に低下される。
【００４４】
[0060]頂部電極電圧を電圧比で低下し、頂部電極に供給された残りの電圧を逆相で基板支持体に供給することにより、接地されたチャンバ壁に引き寄せられるプラズマの量は低減し、したがって、プラズマの閉じ込めが改善される。このプラズマ閉じ込めの方法は、インピーダンス閉じ込めと呼ばれる。上記の説明で使用した総電源電圧のごく一部分とは１／２であるが、他の値のごく一部分も使用することができ、かつプラズマの閉じ込めを改善することができる。頂部電極に供給される電源電圧のごく一部分は、「電圧比」と定義することもできる。図５Ａは、１、０．７５、０．５、および０．２５の電圧比のプラズマ密度シミュレーション結果のグラフである。シミュレーションプロセスのポンプ入口の圧力は１０ミリトールであり、総電源電力は１．８５ｋＷである。シミュレートした環状閉じ込めリング１１５とチャンバ内壁との間の間隔は１．５インチ（つまり３．８ｃｍ）である。曲線５０１は、電圧比が１から減少するにつれて、プラズマ密度比が低減することを示す。電圧比が０．５のときの０．００１のプラズマ密度比が最低である。しかし、電圧比が０．２５のときの０．００３のプラズマ密度比、および電圧比が０．７５のときの０．００８のプラズマ密度比は両方とも、電圧比が１であるときのプラズマ密度比より低い。
【００４５】
[0061]図５Ｂは、電圧比が１である（つまり電源電圧が完全に頂部電極に供給される）ときの処理チャンバ内の０．０２３のプラズマ密度のシミュレーション結果を示す。該シミュレーション結果は、かなりの量のプラズマが基板の上の領域より外にあることを示す。図５Ｃは、電圧比が０．５に低減されたときのシミュレーション結果を示す。該結果は、プラズマの大部分が基板表面の上の領域付近に閉じ込められることを示す。図３Ｂを再び参照すると、１．５インチのギャップ幅で、チャンバの圧力は、目標とする３０ミリトールより低い、約２６．２ミリトールに維持することができる。図５Ａによると、０．００４のプラズマ密度比を達成するスロット付き閉じ込めリングと同じプラズマ閉じ込め結果を達成するために、電圧比は約０．２〜約０．６の間で操作することができる。しかし、プラズマ密度比が０．０１以下であるときに、プラズマ閉じ込めは極めて妥当とみなされる。したがって、図５Ａのシミュレーション結果に従って、電圧比は約０．１〜約０．７５の間で操作することができる。
【００４６】
[0062]環状プラズマ閉じ込めリングとインピーダンス閉じ込めの複合使用は、優れたプラズマ閉じ込め、および広いプロセスウィンドウを持つ工程前半部に望ましい低いチャンバ圧力を達成する。環状リングのギャップ幅１１７は、約０．８インチ〜約１．５インチの間とすることができ、インピーダンス閉じ込めのための電圧比は約０．１〜約０．７５の間、好ましくは約０．２〜約０．６の間とすることができる。
【００４７】
[0063]プラズマ閉じ込めの改善に加えて、電圧比の低下は、処理領域外の電力損失をも低減する。図５Ｄは、電圧比が１に維持されるときの処理チャンバ内の、容積当たりの電力つまり電力密度と定義される電力集中（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のシミュレーション結果を示す。該結果は、基板表面の上の処理領域または反応器の中心から１５ｃｍ以内の領域の外の著しい電力集中を示す。対照的に、図５Ｅは、電圧比が０．５であるときの処理チャンバの電力集中を示す。処理領域外の電力損失は、図５Ｄに比較してずっと低減する。
【００４８】
[0064]図６は、インピーダンスＺ１を有するオーバヘッド電極１２５を示す、図１の反応器１００のインピーダンス構成要素を表わす簡略図である。電極１２５は、コンデンサのように働きインピーダンスＺ６を有する誘電体シール１３０に接続される。
【００４９】
[0065]カソードは、基板処理中に誘電体層５５２０および５５１０を有する基板支持体１０５とウェハ１１０とによって形成され、カソードはインピーダンスＺ５を有する。処理中にウェハ１１０が存在しない場合、基板支持体１０５がカソードとなる。オーバヘッド電極１２５のインピーダンスＺ１およびカソードのインピーダンスＺ５に加えて、バルクプラズマもインピーダンスＺ３を有する。加えて、電極のインピーダンスＺ１とバルクプラズマのインピーダンスＺ３との間に、直列のインピーダンスＺ２を持つ等価コンデンサによって表わされるアノードプラズマシースがある。さらに、カソードプラズマシースが、バルクプラズマインピーダンスＺ３とカソードインピーダンスＺ５との間に、直列のインピーダンスＺ４を持つ等価コンデンサによって表わされる。
【００５０】
[0066]方程式１は、インピーダンス（Ｚ）、抵抗（Ｒ）、および容量リアクタンス（Ｘｃ）の間の関係を示す。方程式１中の「ｊ」は虚数である。
【００５１】
Ｚ＝Ｒ−ｊＸｃ                                                        （１）
方程式２は、容量リアクタンス（Ｘｃ）とキャパシタンスＣとの間の関係を示す。
【００５２】
Ｘｃ＝１／（２πｆＣ）                                                （２）
式中、ｆは電源電力の周波数であり、Ｃはキャパシタンスである。
【００５３】
[0067]図６は、頂部電極１２５、アノードプラズマシース、プラズマ、カソードプラズマシース、およびカソードが直列であり、これらのインピーダンス構成要素が誘電体シール１３０と並列であることを示す。方程式３は、総インピーダンスＺｔｏｔａｌを示す。
【００５４】
Ｚｔｏｔａｌ＝Ｚ１＋１／（１／（Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４＋Ｚ５）＋１／Ｚ６  )        （３）
[0068]頂部電極は典型的に導電性材料から作られるので、そのインピーダンスＺ１は主として頂部電極の抵抗から構成される。Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４はプラズマによって影響される。しかし、インピーダンスＺ５およびＺ６は、基板支持体１０５の誘電体層および誘電体シール１３０の厚さおよび誘電率を変化させることによって、調整することができる。カソードのインピーダンスの大きさはカソードのキャパシタンスに影響を及ぼし得る。Ｚ５およびＺ６は、頂部電極１２５に従来の電源電圧のごく一部分ｆＶｓを供給しかつカソードを頂部電極の逆相の電圧−（１−ｆ）Ｖｓに維持することが可能となるように、調整される。
【００５５】
[0069]上記は本発明の実施形態に向けられているが、その基本的範囲から逸脱することなく、本発明のその他およびさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は添付する請求の範囲の記載によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】プラズマチャンバ内で基板を処理するプロセスの流れを示す。
【図１Ｂ】プラズマ処理チャンバの略図を示す。
【図２】先行技術のスロット付きプラズマ閉じ込めリングの略図を示す。
【図３Ａ】処理チャンバ内の環状プラズマ閉じ込めリングの一実施形態を持つプラズマ処理チャンバの略図を示す。
【図３Ｂ】処理チャンバ内の環状プラズマ閉じ込めリングの別の実施形態を持つプラズマ処理チャンバの略図を示す。
【図３Ｃ】ギャップ幅の関数としてのプラズマ密度比およびチャンバ圧力のシミュレーション結果を示す。
【図３Ｄ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が０．５インチのときのプラズマ処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示す。
【図３Ｅ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が３インチのときのプラズマ処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示す。
【図４Ａ】電圧比が１である（つまり電源電圧が完全に頂部電極に供給される）ときの頂部電極と接地カソードとの間の電圧を示す。
【図４Ｂ】電圧比が１である（つまり電源電圧が完全に頂部電極に供給される）ときの頂部電極と接地チャンバ壁との間の電圧を示す。
【図４Ｃ】電圧比が０．５である（つまり電源電圧の半分が頂部電極に供給される）ときの頂部電極とカソードとの間の電圧を示す。
【図４Ｄ】電圧比が０．５である（つまり電源電圧の半分が頂部電極に供給される）ときの頂部電極と接地チャンバ壁との間の電圧を示す。
【図５Ａ】電圧比の関数としてのシミュレーションによるプラズマ密度比を示す。
【図５Ｂ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が１．５インチであり、電圧比が１であるときのプラズマ処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｃ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が１．５インチであり、電圧比が０．５であるときのプラズマ処理チャンバ内のプラズマ密度のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｄ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が１．５インチであり、電圧比が１であるときのプラズマ処理チャンバ内の電力集中のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｅ】環状リングとチャンバ壁との間のギャップ幅が１．５インチであり、電圧比が０．５であるときのプラズマ処理チャンバ内の電力集中のシミュレーション結果を示す。
【図６】頂部電極、カソード、およびチャンバ壁の間の回路図を示す。
【符号の説明】
【００５７】
５０…スロット付き閉じ込めリング、５５…バッフル、５７…スロット、５８…基台、５９…複数のフィンガ、７０…開口、７２…処理領域、１００…チャンバ、１０５…基板支持体、１１０…半導体基板、１１１…ポンプ、１１２…プレナム、１１５…環状プラズマ閉じ込めリング、１１６…環状リングの上部下の線、１１７…ギャップ幅、１１８…隅、１１９…環状リングの上部の厚さ、１２０…誘電体リング、１２５…頂部電極、１２７…接地チャンバ本体、１２８…チャンバ内壁、１３０…誘電体シール、１３５…同軸スタブ、１３５ａ…同軸スタブの遠端、１３５ｂ…同軸スタブの近端、１４０…内側および外側導体、１４５…外側導体、１５０…発電機、１６２…同軸ケーブル、１６５…終端導体、１７０…ガス管路、１７２…ガス入口、１７３…冷媒管路、１７４…冷媒通路、１７５…環状導電性筺体または支持体、１７６…導電性シリンダまたは支持体、１８０…誘電体リング、２００…バイアス電力ＲＦ信号発生器、２０１…プラズマ処理チャンバ内に基板を配置する、２０２…処理ガスをプラズマチャンバ内に流入させる、２０３…プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させる、２０４…処理チャンバ内で基板を処理する、２１０…従来のインピーダンス整合回路、３０１…スロット付き閉じ込めリング設計のチャンバ圧力の破線、３０２…スロット付き閉じ込めリング設計のプラズマ密度比の破線、３１１…環状リング設計のギャップ幅の関数としてのチャンバ圧力を示す曲線、３１２…環状リング設計のギャップ幅の関数としてのプラズマ密度比を示す曲線、４０１…頂部電極とカソードとの間の電圧を表わす曲線、４０２…電源とカソードとの間の電圧を表わす破線曲線、４０３…電源とチャンバ壁との間の電圧を表わす曲線、４０４…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧を表わす破線曲線、４０５…電極とカソードとの間の電圧値を表わす曲線、４０６…頂部電極とカソードとの間の電圧を表わす破線曲線、４０７…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧を表わす曲線、４０８…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧を表わす破線曲線、４１１…頂部電極とカソードとの間の電圧差、４１２…頂部電極とカソードとの間の電圧差、４１３…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差、４１４…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差、４１５…頂部電極とカソードとの間の電圧差、４１６…頂部電極とカソードとの間の電圧差、４１７…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差、４１８…頂部電極とチャンバ壁との間の電圧差、５０１…電圧比の関数としてのプラズマ密度比を示す曲線、５５０５…金属ペデスタル層、５５１０…下部絶縁層、５５１５…導電性メッシュ層、５５２０…上部絶縁層、５５２５…ＲＦ導体、５５２５ａ…バイアス電力給電点、５５５０…誘電体シリンダ状スリーブ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【外国語明細書】
2006270054000001.pdf