(57)【要約】  温度制御されたホットエッジリングアセンブリは、プラズマ反応室内の基板支持体を取り囲むように構成されている。このアセンブリは、導電性の下部リング、セラミックの中間リング及び上部リングを含む。中間リングは、下部リングの上に横たわり、下部リングを介してＲＦ電極に取り付けられるように構成されている。上部リングは、中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する。
2007515081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ反応室内で半導体基板支持体を取り囲むように構成された、温度調整されたホットエッジリングアセンブリであって、
導電性の下部リングと、
セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介してＲＦ電極に取り付けられるように構成された中間リングと、
上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、
を備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記中間リングは、酸化アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記中間リングは、石英、シリコン、炭化ケイ素又は酸化アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記導電性のリングは、アルミニウム又はその合金で作られていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記導電性のリングは、アルミニウム、アルミニウム合金、真鍮、銅、銅合金又はステンレスで作られていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記上部リングの下面は、熱伝導性のエラストマーを介して前記中間リングの上面に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記導電性のリングは、前記導電性のリングを前記ＲＦ電極にボルトで固定するように構成された複数の穴を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記導電性のリング及び前記中間リングは、前記中間リングを前記導電性のリングにボルトで固定するよう構成された複数の穴を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記導電性のリングは、実質的にＬ字形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
一端にテーパーヘッドを有し、他端にねじ山を有する第１のボルトを更に備え、
前記第１のボルトは、前記導電性のリングを前記ＲＦ電極にボルトで固定するよう構成されていることを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
一端にヘッドを有し、他端にねじ山を有する第２のボルトを更に備え、
前記第２のボルトは、前記中間リングを前記導電性のリングにボルトで固定するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
一端にヘッドを有し、他端にねじ山を有するボルトを受けるよう構成された導電性のワッシャーを更に備え、
前記導電性のワッシャーは、前記上部リングと前記中間リングとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記上部リング内に複数の穴を更に有し、
前記複数の穴は、キャップを受け、
前記キャップは、前記エッジリングアセンブリ内部の圧力を放出するよう構成された通気孔を有することを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記上部リングは、シリコン、炭素、黒鉛又は炭化ケイ素で作られていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記上部リングは、基板が前記基板支持体の上に配置されるときに、前記基板の下に延びる部分を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
プラズマ処理装置であって、
処理チャンバと、
基板を処理するために、前記処理チャンバの内部の処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする電源と、
前記処理チャンバの内部の基板を支持する基板支持体と、
導電性の下部リングと、
セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介してＲＦ電極に取り付けられるように構成された中間リングと、
上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記上部リングは、熱伝導性のエラストマーによって前記中間リングに接合されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記下部リングは、アルミニウム又はその合金で作られていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記中間リングは、酸化アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記上部リングは、石英、シリコン、炭化ケイ素、黒鉛及びアルミニウムで構成されるグループから選択される材料で作られていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記プラズマチャンバは、半導体プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記上部リングと、前記中間リングと、前記下部リングと、前記ＲＦ電極とを取り囲む石英外部リングを更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
プラズマ処理システム内の複数の基板の上のプロセスドリフトを低減する方法であって、
プラズマ処理装置内に基板を配置する工程であって、前記プラズマ処理装置は、処理チャンバと、基板を処理するために、前記処理チャンバの内部の処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする電源と、前記処理チャンバの内部の基板を支持し下部リングを有する基板支持体と、エッジリングアセンブリと、を備え、前記エッジリングアセンブリは、導電性の下部リングと、セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介して前記電源に取り付けられるように構成された中間リングと、上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、を備える工程と、
前記チャンバに処理ガスを供給する工程と、
前記基板支持体の上面の近傍にプラズマを形成する工程と、
前記プラズマ処理装置内の複数の基板を順次処理する工程と、
を含み、
前記上部リングの温度は、プロセスドリフトを低減するために、前記基板支持体から第１の基板が取り除かれた後で、かつ、前記基板支持体に次の基板が配置される前に、実質的に初期の温度まで冷却されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記基板は、半導体ウエハを含み、
前記処理する工程は、前記プラズマを用いて前記半導体ウエハをエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プラズマ反応器のエッチング速度ドリフトを低減するための温度制御されたホットエッジリングアセンブリ
【背景技術】
【０００２】
背景
1960年代半ばから、半導体集積回路は、多くの電子システムの主要な構成となっている。これらの小型電子デバイスは、メモリを構成する多数のトランジスタ及びその他の回路と、マイクロコンピュータの中央演算処理装置の論理サブシステムと、その他の集積回路とを含む。これらのチップの低コスト化、高信頼化及び高速化により、モデムデジタルエレクトロニクスの普遍的な構成となっている。
【０００３】
集積回路チップの製造は、“ウエハ”と呼ばれる薄く研磨された高純度の単結晶半導体材料基板（シリコンやゲルマニウムなど）から開始する。各ウエハは、種々の回路構成をウエハ上に形成する一連の物理的・化学的処理ステップを経る。例えば、シリコン酸化膜を形成する熱酸化、シリコン、シリコン酸化物及びシリコン窒化膜を形成する化学気相成長、他の金属膜を形成するスパッタリング又は他の技術を用いて、製造プロセスの間に、様々な種類の薄膜がウエハ上に成膜される。
【０００４】
半導体ウエハ上に薄膜を堆積させた後、半導体に特有な電気的特性が、ドーピングと呼ばれるプロセスを用いて、半導体結晶格子内で選択された不純物に置き換えることにより作り出される。ドーピングされたシリコンウエハには、“レジスト”と呼ばれる感光性又は放射線感受性の材料の薄い層が均一に塗布される。次いで、回路中の電子の経路を規定する微細な幾何学的パターンが、リソグラフィとして知られるプロセスを用いて、レジスト上に転写される。リソグラフィプロセスの間、集積回路パターンが“マスク”と呼ばれるガラス板上に描画され、光学的に縮小投影されて、感光性塗膜上に転写される。
【０００５】
次いで、リソグラフィ工程を経たレジストパターンは、エッチングとして知られるプロセスを経て、下地の半導体材料の結晶表面に移される。エッチングガス又は成膜ガスを真空チャンバに供給し、高周波（ＲＦ）電界をガスに印加して、ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にすることによって、基板上の材料をエッチングしたり、基板上で化学気相成長（ＣＶＤ）を行ったりする真空処理チャンバが一般的に用いられている。しかしながら、ウエハのプラズマ処理中に、プロセスドリフト（すなわち、所定時間にわたるプロセス性能の変化）が生じうる。このように、プラズマ反応器処理におけるエッチング速度の均一性を改善するための装置及び方法が必要とされている。
【発明の開示】
【０００６】
発明の概要
一実施形態によれば、プラズマ反応室内で半導体基板支持体を取り囲むように構成された、温度調整されたホットエッジリングアセンブリは、導電性の下部リングと、セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介してＲＦ電極に取り付けられるように構成された中間リングと、上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、を含む。
【０００７】
他の実施形態によれば、プラズマ処理装置は、処理チャンバと、基板を処理するために、前記処理チャンバの内部の処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする電源と、前記処理チャンバの内部の基板を支持する基板支持体と、導電性の下部リングと、セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介してＲＦ電極に取り付けられるように構成された中間リングと、上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、を含む。
【０００８】
更なる実施形態によれば、プラズマ処理システム内の複数の基板の上のプロセスドリフトを低減する方法は、プラズマ処理装置内に基板を配置する工程であって、前記プラズマ処理装置は、処理チャンバと、基板を処理するために、前記処理チャンバの内部の処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする電源と、前記処理チャンバの内部の基板を支持し下部リングを有する基板支持体と、エッジリングアセンブリと、を備え、前記エッジリングアセンブリは、導電性の下部リングと、セラミックの中間リングであって、前記下部リングの上に横たわり、前記下部リングを介して前記電源に取り付けられるように構成された中間リングと、上部リングであって、前記中間リングの上に横たわり、プラズマ反応室の内部に露出した上面を有する上部リングと、を備える工程と、前記チャンバに処理ガスを供給する工程と、前記基板支持体の上面の近傍にプラズマを形成する工程と、前記プラズマ処理装置内の複数の基板を順次処理する工程と、を含み、前記上部リングの温度は、プロセスドリフトを低減するために、前記基板支持体から第１の基板が取り除かれた後で、かつ、前記基板支持体に次の基板が配置される前に、実質的に初期の温度まで冷却される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
詳細な説明
本明細書に開示されるホットエッジリングアセンブリは、ウエハなどの半導体基板（例えば、シリコンやガリウムヒ素（GaAs））やフラットパネルディスプレイ基板などのプラズマ処理において、ウエハのエッジのエッチング速度ドリフトを低減し、均一性を向上させるための新しい構成を提供する。温度制御されたホットエッジリングアセンブリは、改善されたプラズマ処理を実現することができる。温度制御されたホットエッジアセンブリは、プラズマ処理チャンバに露出した表面を持つ上部リングと、基板支持体に組み込まれた温度制御された高周波（ＲＦ）電極との間の熱的な接触を増大させる。このように、熱的な接触を増大させることによって、ホットエッジリングアセンブリは、処理エッチング速度のドリフトを低減することができる。
【００１０】
基板処理において、プロセスエンジニアは、プロセスの均一性の改善に努めている。プロセスの均一性という用語が明細書中で用いられる場合、基板表面全体にわたるプラズマエッチングなどのプロセス全体の均一性を意味する。プロセスの均一性が高ければ、例えば、基板上の異なる点における処理速度が、実質的に等しいと考えられる。
【００１１】
ウエハなどの半導体基板上のエッチング速度の均一性を制御するため、特に、ウエハの中央のエッチング速度とウエハのエッジのエッチング速度を一致させるために、ウエハのエッジが化学物質に露出されることやプロセス圧力及びＲＦ電界の強さに関し、ウエハ全体の均一性を確保すべく、ウエハの境界条件が好適に設計される。現在の設計では、エッジリングは、ウエハの周囲に取り付けられる。ウエハ汚染を最小化するために、エッジリングは、ウエハ自体と適合する（compatible）材料から製造される。一例として、典型的なエッジリング材料は、シリコン、黒鉛、炭化ケイ素などを含む。
【００１２】
通常、エッジリングは、ＲＦ電極の外周に配置された、石英で作られたリング（すなわち、石英カップリングリング）上に置かれる。エッチング速度の均一性を高めるために、ウエハのエッジでのＲＦ電界の強さを次第に弱くすべく、低い誘電率を持つ石英が通常選択される。一方、石英は、熱導体としては不十分であることも知られている。そのため、石英カップリングリングの上に横たわるエッジリングは、熱的に絶縁される。このように、プラズマがエッジリングの近傍に存在するため、プラズマがエッジリングを加熱し、エッジリングがオーバーヒートして、基板やウエハに関するプロセス上の問題が生じる。エッジリングは、ＲＦプラズマなどの熱源に露出すると十分に冷却されず、温度が安定して上昇する。この温度上昇により、多数のウエハを閉じた状態で連続して処理すると、ウエハのエッジのエッチング速度にプロセスドリフト（すなわち、プロセスの不均一）が生じうる。このように、多数のウエハの処理中に、エッジリングの温度が安定して上昇することにより、プロセスドリフトが生じうるため、次の基板が処理される前のエッジリングを効果的に冷却し、それによってエッチング速度のドリフトを低減可能なホットエッジリングアセンブリが必要とされている。
【００１３】
エッジリングアセンブリは、平行平板プラズマ反応室内のウエハのエッジ近傍のプラズマ密度を高め、より均一なエッチング速度を基板全体に提供するために、プラズマエッチング処理に適用されうる。ホットエッジリングアセンブリは、プラズマエッチングに有用であるという観点から説明するが、プラズマ支援化学気相成長やプラズマ洗浄などの均一な密度のプラズマが必要となる他のアプリケーションにも有用である。
【００１４】
ウエハ近傍のエッチング速度は、石英カップリングリング及びエッジリングを調整して、エッジリングの十分な冷却を可能とすることにより制御されうる。好適な一実施形態によれば、エッジリングアセンブリは、温度制御されたＲＦ電極に対するヒートシンクである。一実施形態では、熱導電性のエラストマーは、エッジリングをカップリングリングに接合する。
【００１５】
プラズマエッチングのプロセス中に、エッジリングの温度は、通常プラズマの影響によって上昇する。ＲＦ電力レベル及びチャンバ圧力に依存して、この温度上昇が深刻となり、摂氏温度で数十度を超える場合もある。プラズマエッチング処理ステップが終了した後に、ウエハはＲＦ電極から取り外され、、次のウエハが基板支持体上に配置される。プロセス実行中に、エッジリング温度が増加し過ぎると、バッチ内のウエハ（a batch of wafers）が順次エッチングされて、欠陥があるウエハのプロセスウィンドウの外にエッチング速度がドリフトし、欠陥のあるウエハをもたらす。他のウエハが基板支持体に与えられる前に、エッジリングが十分なヒートシンクを持ち、前のウエハの処理に用いた温度範囲を取り戻すことが望ましい。しかしながら、多くの場合、このようなことがなく、複数のウエハの処理中にエッチング速度のドリフトが生じてしまう。
【００１６】
図１は、標準的な真空処理チャンバ１０のウエハのエッジ領域の断面図を示す。図１に示すように、基板又はウエハは、好適には、その中に静電チャックを組み込んだ基板支持体１２の上に配置される。ウエハエッジリングアセンブリは、典型的には、エッジリング２０とカップリングリング３０とを含む。エッジリング２０は、カップリングリング３０に接合されるか、又は、カップリングリング３０上に平坦に配置されうる。また、真空処理チャンバ１０は、基板支持体の下に高周波（ＲＦ）パワーが与えられる電極４０を含む。この基板支持体は、その上に支持した基板に高周波エネルギーを与える。
【００１７】
適切なＲＦインピーダンスマッチング回路は、高密度プラズマを提供するために、パワーが与えられる電極４０を通して、ＲＦパワーをチャンバ１０に容量結合する。好適には、他のプラズマ発生源が使用されうる（例えば、誘導結合コイル、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ヘリコン又はマグネトロンタイプなど）。チャンバ１０はまた、所望の圧力に（例えば、５０ｍＴｏｒｒ、典型的には３０〜１０００ｍＴｏｒｒ）チャンバ内部を維持するための適切な真空ポンプ装置を含む。シャワーヘッドと一般的に呼ばれるガス分配板が提供され、このガス分配板は、ガス供給部により供給された処理ガスを処理チャンバ１０に供給するための円形の穴（不図示）などの複数の開口部を含む。しかしながら、ガス分配板は除いてもよく、ガスリングなどの他の構成によってチャンバに処理ガスが供給されてもよい。
【００１８】
プラズマ処理技術の当業者に良く知られているように、基板支持体を取り囲むリングは、ホットリング２０やカップリングリング３０を含めて、ＲＦにより生じたプラズマ領域からのイオンを基板表面上に集めるのに役立ち、特に、基板のエッジでのプロセス均一性を向上させる。基板と静電チャックにパワーが供給されると、等電位線（equipotential field lines）が基板と下部電極にわたって形成される。これらの等電位線は、静的ではなく、ＲＦサイクルの間に変化する。時間平均場（time averaged field）によって、バルクプラズマ（bulk plasma）が正となり、基板表面と静電チャックとが負になる。幾何学的な要因のために、この等電位線は、基板のエッジでは不均一になる。プラズマチャンバでは、カップリングリング及びホットエッジリングが、プラズマとパワーが与えられる電極との間の容量として機能することにより、基板を通してＲＦカップリングの大部分（bulk of the ＲＦ coupling）をその上に横たわるプラズマへ誘導する手助けをする。
【００１９】
図１に示されるように、エッジリング２０は、基板支持体１２を取り囲む犠牲リングである。エッジリング２０は、取り外し可能な部品であり、基板処理中に熱くなりやすいため、ホットエッジリング（ＨＥＲ）と呼ばれる。ホットエッジリング２０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びシリコン（Ｓｉ）などの導電性の電極材料又は石英などの誘電性材料から作られる。エッジリング直近での化学的性質の変化に加え、エッジリング材料を変更することによって、プラズマを通したカップリングの度合い（結合度）が、処理基板の外側部分で所望の局所化された“エッジ”エッチング速度を提供するように調整されうる。炭化ケイ素は、低い容量インピーダンスを持ち、一般的にシリコン酸化物よりも速いエッチング速度をもたらす。低い誘電率を持つ石英及びその他の誘電体は、ウエハのエッジでＲＦカップリングが減少することにより、エッチング速度を低下させやすい。通常、カップリングリング３０は、石英、シリコン、炭化ケイ素又は酸化アルミニウムなどの誘電性の半導体材料（dielectric semi- conductive material）で作られる。
【００２０】
図２は、２周波電源を有する平行平板構成を用いたブランケット酸化物エッチング（blanket oxide etch）におけるエッチング速度プロファイルを示すグラフである。十七枚（１７）のウエハの処理が実行された。シリコンエッジリング２０と石英カップリングリング３０とが使用され、エッチングが以下の条件下で行われた。すなわち、２７ＭＨｚで２０００ワットのＲＦパワー、２ＭＨｚで２０００ワットのＲＦパワー、ウエハ上のチャンバ圧力が１５０ｍＴｏｒｒ、４００ｓｃｃｍのアルゴンガス、８０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８ガス、８ｓｃｃｍのＯ２ガス、そして６０秒の処理時間である。
【００２１】
このグラフは、ウエハの中央から測定したウエハ表面上の位置を関数とし、オングストローム／分単位でのフォトレジストエッチング速度を示す。グラフから分かるように、ウエハのエッジでのエッチング速度は、実質的にウエハによって異なる。エッチング速度の均一性は、以下の式によって計算される。
【００２２】
［（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／２＊Ａｖｅｒａｇｅ］＊１００％
ここで、Ｍａｘはエッチング速度の最大値であり、Ｍｉｎはエッチング速度の最小値である。エッチング速度は、市販の薄膜測定システムを用いて、エッチング前後のウエハの上部のフォトレジスト層の膜厚を測定することによって決定した。
【００２３】
図３は、一実施形態に係る基板支持体を取り囲むよう構成された温度制御されたホットエッジリングアセンブリ１１０を有する平行平板プラズマ装置のウエハのエッジ領域の断面図である。エッジリングアセンブリ１１０は、上部ホットエッジリング１２０、セラミックの中間リング１３０及び導電性の下部リング１４０を含む。中間リング１３０は、上面１３２と下面１３４とを有し、中間リング１３０の下面１３４は、下部リング１４０を通して高周波（ＲＦ）電極１５０と熱的に結合される。
【００２４】
上部リング１２０は、好適には、シリコン、炭素（例えば、黒鉛）、炭化ケイ素などの熱伝導性かつ導電性の材料で作られる。図３に示されるように、好適には、上部リング１２０の下面１２８は、熱伝導性のエラストマーによって中間リング１３０の上面１３２に接合される。適当なエラストマーの詳細は、米国特許第6,073,577号に説明されており、参照により本願に組み込まれる。
【００２５】
一実施形態では、上部リング１２０の上面１２６の内側部分は、静電チャック１１２に垂直な平面と角度をなして傾斜する。上部リング１２０の傾斜した内面１２６によって、基板が基板支持体上に配置されると、上部リング１２０の一部が基板の下に延びる。上部リング１２０は、好適には、傾斜した内面１２６を除いて、実質的に長方形の断面を持つ。上部リング１２０は、他の断面デザイン又は形状を持ちうる。
【００２６】
望ましくは、誘電性の外部リング１３８は、上部リング１２０を取り囲む。誘電性の外部リング１３８は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン酸化物（石英）、シリコン窒化物、炭化ケイ素又は他の適当な材料で形成されて、プラズマ反応室の保護を強化することができる。
【００２７】
中間リング１３０は、実質的に長方形の断面を持ち、好適には、高熱伝導率であり、リング１２０を構成する材料と同様の熱膨張係数を持つ材料で作られている。リング１２０がシリコンで構成されれば、そのような材料は酸化アルミニウム（セラミック）、シリコン、炭化ケイ素又は窒化アルミニウムでありうる。一実施形態では、中間リング１３０はアルミナで作られる。中間リング１３０は、下部リング１４０の上に横たわり、好適には、下部リング１４０を介してＲＦ電極１５０にボルトで締められる。
【００２８】
導電性の下部リング１４０は、好適には、アルミニウム、アルミニウム合金、真鍮、銅、銅合金又はステンレスなどの導電性の材料で作られる。一実施形態では、下部リング１４０は、実質的にＬ字形の断面を持ち、アルミニウムで作られる。しかしながら、下部リング１４０は、実質的に長方形の断面又は他の断面形状を持ちうる。
【００２９】
図４は、図３のエッジリングアセンブリ１１０の断面図であり、中間リング１３０が下部リング１４０を介してＲＦ電極１５０にボルトで締められている。中間リング１３０のＲＦ電極１５０へのボルト締めは、好適には、下部リング１４０内の複数の穴を通して延びた一組のボルト（第１のボルト１６０と第２のボルト１７０）を用いて、エッジリングアセンブリ１１０の複数箇所で行われる。
【００３０】
図３及び図４に示すように、導電性の下部リング１４０は、Ｌ字形の断面形状を有し、ＲＦ電極１５０に下部リング１４０をボルト締めするための第１の複数の穴１４２と、下部リング１４０に中間リング１３０をボルト締めするための第２の複数のネジ穴１４４とを持つ。第１の複数の穴１４２は、好適には、下部リング１４０の内側部分に位置する一方で、穴１４４は下部リング１４０の外側部分に位置する。
【００３１】
一実施形態では、第１の複数の穴１４２は、第１のボルト１６０のテーパーヘッドを受けるためのテーパー１６２を有する。ボルト１６０は、下部リング１４０の上面から下部リング１４０を通してＲＦ電極１５０の中に延びる。好適には、ボルト１６０は、一端にテーパーヘッド１６２を有し、他端にねじ山を有する。ＲＦ電極１５０は、ネジ穴１５２内でボルト１６０のねじ山１６４を受ける。ボルト１６０は、ステンレス（stainless steel）であることが望ましいが、第１のボルトはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、真鍮、銅、銅合金又は他の適当な材料であってもよい。
【００３２】
中間リング１３０の下部リング１４０へのボルト締めは、好適には、中間リング１３０内の第２の複数の穴１４４を通して行われる。第２の複数の穴１４４は、好適には、下部リング１４０の外側部分の中に延びている。一実施形態では、中間リング１３０は、導電性のワッシャー１８０と第２のボルト１７０を受けるための複数のボルト受け穴１３３を持つ。ボルト１７０は、一端にヘッド１７２を有し、他端にねじ山１７４を有する。導電性のワッシャー１８０は、ボルト１７０のヘッド１７２と、ボルト１７０自体とを受けるように構成された皿穴（counter-sunk hole）１８２を含む。導電性のワッシャー１８０は、好適には、複数のボルト受け穴１３３内に置かれる。さらに、導電性のワッシャー１８０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、真鍮、銅、銅合金、ステンレス又は任意の適当な材料で作られうる。
【００３３】
第２のボルト１７０のヘッド１７２は、導電性のワッシャー１８０内に配置され、中間リング１３０を通して下部リング１４０の中に延びる。第２のボルト１７０はまた、ステンレスであることが望ましいが、ボルト１７０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、真鍮、銅、銅合金又は任意の適当な材料であってもよい。
【００３４】
図４に示されるように、上部リング１２０は、エッジリングキャップ１２４を受けるための複数の穴１２２を有する。エッジリングキャップ１２４は、エッジリングアセンブリ１１０内の圧力を放出するための通気孔１２６を含む。エッジリングキャップ１２４は、好適には、ボルト１７０の上部に接触しない状態で、穴１２２のふちに置かれる。エッジリングキャップ１２４は、好適には、上部リング１２０と同じ材料で作られる。従って、エッジリングキャップ１２４は、シリコン、黒鉛、炭化ケイ素及び任意の他の適当な材料で作られうる。また、石英でエッジリングキャップ１２４が作られてもよい。
【００３５】
エッジリングアセンブリ１１０は、プラズマ反応器内の基板を取り囲み、下部リング１４０のＲＦ電極１５０へのボルト締めは、好適には、エッジリングアセンブリ１１０内の複数箇所で行われる。一実施形態では、穴１４４、１５２の数は、エッジリングアセンブリ１１０の大きさによって約６〜１８となる。例えば、８インチ（２００ｍｍ）の直径を持つ処理ウエハ用のプラズマ処理チャンバは、１２インチ（３００ｍｍ）の直径を持つ処理ウエハ用のプラズマ処理チャンバとは、異なる数の穴１４４、１５２を持ちうる。エッジリングアセンブリ１１０をＲＦ電極１５０に取り付けるために、任意の数の第１のボルト１６０、第２のボルト１７０及びエッジリングキャップ１２４が用いられうる。
【００３６】
図５は、ホットエッジリング１１０の図３及び図４で示される実施形態に対する効果を示すグラフである。以下に示すように、図２と同じ処理条件が用いられた。すなわち、２７ＭＨｚで２０００ワットのＲＦパワー、２ＭＨｚで２０００ワットのＲＦパワー、ウエハ上のチャンバ圧力が１５０ｍＴｏｒｒ、４００ｓｃｃｍのアルゴンガス、８０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８ガス、８ｓｃｃｍのＯ２ガス、そして６０秒の処理時間である。
【００３７】
図５に示すように、温度制御されたホットエッジリングアセンブリ１１０は、ウエハのエッジ近傍のエッチング速度を大きく低減する。すなわち、ウエハカセットの処理実行中に、ウエハ番号１、２、５及び１７では、ウエハの外側部分でのエッチング速度の変化がほとんど見られなかった。これに対し、図１に示す標準的なホットエッジリングを用いた結果では、図２に示すようにウエハのエッジでのエッチング速度に非常に大きなドリフトが生じた。
【００３８】
図６は、ウエハ番号に対するウエハのエッジでのエッチング速度を図示したものであり、図１に示す標準的な石英カップリングリングを図３及び図４に示す一実施形態の温度制御されたエッジリングと比較したものである。標準的なホットエッジリングは、ウエハ番号１−５ではエッチング速度が著しく低下し、ウエハ６−１７では低いエッチング速度となった。一方、ヒートシンクホットエッジリングは、バッチ内のウエハ全体（entire batch of wafers）で、非常に高いエッチング速度で実質的に一定となった。このように、ヒートシンクホットエッジリングによって、標準的なホットエッジリングで見られたエッチング速度のプロセスドリフトが解消された。
【００３９】
温度制御されたホットエッジリングアセンブリ１１０は、新しい真空処理チャンバ内に取り付けられるか、又は、上部リング１２０の調整機能を提供するために既存の真空処理チャンバを改良して用いられてもよい。
【００４０】
特定のシステムでは、上部リング１２０、中間リング１３０及び下部リング１４０の特定の形状は、チャック、基板及び／又はそれ以外の構成によって、変更されうる。従って、図３及び図４のチャックを取り囲むリングの実際の形状（exact shape）は、説明のために示されているに過ぎず、これに限定されない。
【００４１】
図７は、一実施形態に係るエッジリングアセンブリ１１０を組み込んだ、平行平板プラズマ処理装置２００を示す。プラズマ処理装置２００は、上部電極２２０と、基板Ｓをクランプするための静電チャック２４０を有する基板支持体２３０内に組み込まれた、温度制御された下部電極１５０とを有し、処理チャンバ２１０を形成する。ＲＦ電極１５０は、基板Ｓを処理するために、処理チャンバ２１０の内部の処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする。エッジリングアセンブリ１１０は、図３及び図４に示すように、上部リング１２０と、セラミックの中間リング１３０と、導電性の下部リング１４０とを含み、基板支持体２４０を取り囲む。エッジリングアセンブリ１１０を組み込んだ、好適なプラズマ反応室は、半導体プラズマエッチング装置である。
【００４２】
動作中において、プラズマ処理装置２００内で複数の基板を順次処理するときに、エッジリングアセンブリ１１０の温度は、電極から第１の基板が取り除かれた後で、かつ、電極に次の基板が配置される前に、実質的に初期の温度まで冷却される。図３、図４及び図７に示すように、エッジリングアセンブリ１１０は、上部リング１２０、セラミックの中間リング１３０及び導電性の下部リング１４０を組み込んでおり、上部リング１２０と温度制御されたＲＦ電極１５０との間に、改善された熱の経路を提供する。このように、エッジリングアセンブリ１１０を初期の温度に冷却することによって、エッジリングアセンブリ１１０は、プロセスドリフトを低減することができる。
【００４３】
本発明は、好適な実施の形態と関連して説明したが、添付の特許請求の範囲で定められた本発明の思想及び範囲を逸脱しない限り、当業者であれば、明示のない追加、削除、変更及び置換が行われてもよいことが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、ホットエッジリングと石英カップリングリングとを有する真空処理チャンバの一部の断面図を示す。
【図２】図２は、カップリングリングとホットエッジリングとを有する図１に記載された構成における、複数のウエハに対するプロセスドリフトを示すグラフである。
【図３】図３は、一実施形態に係るエッジリングアセンブリの断面図である。
【図４】図４は、カップリングリングが導電性の下部リングを通してＲＦ電極と熱的に結合される位置における、図３の真空処理チャンバの一部の断面図である。
【図５】図５は、中間リングとホットエッジリングと有する図３及び図４に記載された構成における、複数のウエハに対するプロセスドリフトを示すグラフである。
【図６】図６は、図３及び図４のホットエッジリングと図１のホットエッジリングとを比較して、複数のウエハに対するプロセスドリフトを示すグラフである。
【図７】図７は、図３及び図４のエッジリングアセンブリを組み込んだプラズマ処理装置の断面図である。
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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