(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバにおいて、可動基板支持アセンブリの固定接地リングの周囲に嵌合され、前記固定接地リングに対するＲＦリターンパスを提供する前記可動基板支持アセンブリの可動接地リングであって、前記基板支持アセンブリ内に支持された半導体基板がプラズマ処理され、前記可動接地リングは、
その下面に複数のセンタリング・スロットを有する環状底壁と、
前記底壁の内周から上向きに伸長する側壁であって、前記固定接地リングに対して前記可動接地リングが鉛直方向に移動できるように前記固定接地リングの外周を囲む内表面を有する側壁と
を備える可動接地リング。
【請求項２】
請求項１に記載の可動接地リングであって、
前記複数のセンタリング・スロットは、前記可動接地リングの中心軸を通る径方向の直線に沿って各々伸長する断面形状がＶ字型の３つのスロットを備える
可動接地リング。
【請求項３】
請求項１に記載の可動接地リングであって、
さらに、前記底壁上に複数のＲＦリターン・ストラップ状接続部を備え、
前記複数のＲＦリターン・ストラップ状接続部が、前記底壁の外周上に径方向外側に伸長する８つの突起を有する
可動接地リング。
【請求項４】
前記側壁の上面が、ＲＦガスケットを収容する環状凹部を備える請求項１に記載の可動接地リング。
【請求項５】
請求項１に記載の可動接地リングであって、
前記側壁の上端部が、前記側壁の外表面内に伸長して、鉛直方向に伸長する薄肉部と前記薄肉部の上端部から径方向外側に伸長するたわみ可能な環状部とを備える屈曲部を形成する環状スロットを備える
可動接地リング。
【請求項６】
請求項１に記載の可動接地リングであって、
前記内表面が、前記側壁の上面から伸長する鉛直面と、前記内表面及び前記鉛直面の間に伸長する水平面と、により形成される段部を備え、
前記水平面が、前記基板支持アセンブリの外側上端部において、誘電体リングから前記側壁の上端部を離すように配置される石英リングの下面に形成される位置合わせ孔に嵌合するピンを収容するように形成される複数の盲孔を備える
可動接地リング。
【請求項７】
請求項１に記載の可動接地リングを備える基板支持アセンブリであって、
前記基板支持アセンブリは、
下部電極と、
前記半導体基板が静電的に固定される静電チャックと、
前記静電チャックを囲むプラズマ露出面を有するエッジリングと、
前記エッジリングを囲むプラズマ露出面を有する誘電体リングと、
前記エッジリングの下方に配置される少なくとも１つの絶縁体リングと、
前記誘電体リングの下方に配置され、前記絶縁体リングを囲む、導電性材料から形成される固定接地リングと、を備え、
前記可動接地リングの前記側壁の前記内表面が前記固定接地リングの側壁の外径よりも最大で０．０４インチ（＝約０．１０ｃｍ）大きな直径を有し、
前記可動接地リングは前記固定接地リング上に支持された複数の押圧可能なプランジャー上に支持され、
前記可動接地リングは前記固定接地リングに対して鉛直方向に移動可能であり、前記プラズマ処理チャンバ内で前記半導体基板が処理される上側位置に前記基板支持アセンブリを移動させた場合に、前記可動接地リングがプラズマ閉じ込め領域の内壁を形成する閉じ込めリングと電気的に接触する
基板支持アセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載の基板支持アセンブリであって、
前記複数の押圧可能なプランジャーは、各々、ハウジングと、前記ハウジングの下端部を覆うキャップと、前記ハウジング内に配置されるバネバイアス・ピンと、を備え、
前記ピンは、前記ハウジングの上端部に伸長する上部を備え、前記可動接地リングにおける前記センタリング・スロットの１つに係合し、
前記ピンは、前記ピンの上向きの移動を制限するとともに前記ピンを上向きにバイアスさせるバネと係合するフランジを備え、
前記可動接地リングの上端部が前記閉じ込めリングと電気的に接触する際に、前記ピンは押圧可能である
基板支持アセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の基板支持アセンブリであって、
前記ハウジングの前記上端部が、前記固定接地リングのねじ開口部に係合される小径ねじ切り部と前記固定接地リングの嵌合開口部に収容される大径部とを備える
基板支持アセンブリ。
【請求項１０】
前記ピンの上端部が、前記ハウジングの前記上端部に対して少なくとも０．５インチ（＝約１．２７ｃｍ）移動可能である請求項７に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項１１】
請求項７に記載の基板支持アセンブリを備えるギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
前記基板支持アセンブリは、前記静電チャックの上面に半導体基板を移動可能な下側位置から、前記半導体基板のプラズマ処理が実行される上側位置に、移動可能であり、
前記プラズマ処理チャンバは、
上部電極と、
前記上部電極から外側に伸長する導電性閉じ込めリングと、を備え、
前記閉じ込めリングは、上側水平部と、前記上側水平部の外側端部から下向きに伸長する鉛直部と、前記鉛直部の下端部から内向きに伸長する下側水平部と、を備え、
前記下側水平部は、処理ガスと反応副生成物とを前記プラズマ閉じ込め領域の外に排出するための径方向に伸長する複数のスロットを備え、
前記基板支持アセンブリが前記上側位置にあって、前記上部電極と前記下部電極との間のギャップを調節する場合に、前記下側水平部の内側端部の下面が前記可動接地リングの上端部と電気的に接触する
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
前記閉じ込めリングの前記下側水平部の前記内側端部の下面が、前記可動接地リングとの電気的接触が増大するように導電性被覆されている
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１３】
複数の可撓性ＲＦリターン・ストラップが、前記可動接地リングと前記固定接地リングとの間に伸長する請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
石英リングが、前記可動接地リングの前記側壁の上面から伸長する鉛直面と前記内表面と前記鉛直面との間に伸長する水平面とにより形成される段部内に配置され、
前記石英リングが、その下面に複数のセンタリング凹部を備え、
前記可動接地リングが、前記段部の前記水平面に形成された盲穴から伸長する複数の鉛直ピンを備え、
前記複数の鉛直ピンは、各々、前記センタリング凹部の１つに配置される
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１５】
ＲＦガスケットが、前記可動接地リングの前記側壁の上端部に形成された環状凹部に配置される請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１６】
請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
前記閉じ込めリングが、前記下側水平部の下方に配置される穴あきリングを備え、
前記穴あきリングが、前記下側水平部に対して回転可能及び鉛直方向に移動可能であり、前記下側水平部の径方向に伸長する位置合わせスロットと前記穴あきリングとを介してガス流の伝導度を調節する
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１７】
請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
前記固定接地リングが、底壁と、前記底壁の内周から上向きに伸長する側壁と、を備え、
前記固定接地リングの前記側壁が、前記誘電体リングの外径以下の外径を有し、
前記固定接地リングの前記底壁が、円周方向に間隔をあけて配置される８つのＲＦリターン・ストラップ接続部を備え、
前記可動接地リングが、円周方向に間隔をあけて配置される８つのＲＦリターン・ストラップ接続部と、前記可動接地リングの前記ＲＦリターン・ストラップ接続部と前記固定接地リングの前記ＲＦリターン・ストラップ接続部との間に電気的リターンパスを形成する８つの可撓性ＲＦリターン・ストラップと、を備える
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバであって、
前記固定接地リングが、前記底壁の外側部に円周方向に間隔をあけて配置される３つのプランジャー支持穴を備え、
前記プランジャー支持穴の各々が、押圧可能なピンの上端部が前記底壁の上面の上方に伸長するように前記押圧可能なピンが収容されるプランジャー支持ハウジングに係合する
ギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバ。
【請求項１９】
請求項１１に記載のギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバにおいて半導体基板を処理する方法であって、
前記基板支持アセンブリを前記下側位置に移動させる工程と、
半導体基板を前記静電チャックに移送する工程と、
前記基板支持アセンブリを前記上側位置に移動させる工程と、
前記上部電極と前記静電チャックとの間のギャップに処理ガスを供給する工程と、
前記上部電極と前記下部電極の少なくとも１つにＲＦエネルギーを供給して、前記処理ガスをプラズマ状態に活性化する工程と、
前記半導体基板を前記プラズマで処理する工程と
を備える方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記基板支持アセンブリを前記下側位置から前記上側位置に移動させる際に、前記可動接地リングの上端部が前記閉じ込めリングの前記下側水平部と電気的に接触するまで前記可動接地リングを鉛直方向に移動させて、その後、前記基板支持アセンブリが前記上側位置に到達するまで、前記可動接地リングが、前記固定接地リング上に支持された前記押圧可能なプランジャーを押圧する
方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体技術開発の世代が重ねられるにつれて、ウエハの直径は大きくなり、一方でトランジスタの大きさは小さくなる傾向にあるため、基板処理において高い精度と再現性とが求められている。シリコンウエハ等の半導体基板材料は、通常、プラズマ処理チャンバを用いて処理される。プラズマ処理方法には、スパッタ蒸着法、プラズマ化学気相成長法（plasma-enhanced chemical vapor deposition: PECVD）、レジスト除去法及びプラズマエッチング法等がある。プラズマ処理チャンバ内で適当な処理ガスに高周波（radio frequency: RF）パワーを印加することによりプラズマが生成される。プラズマ処理チャンバ内を流れるＲＦ電流により処理が影響される。
【０００２】
プラズマ処理チャンバは、誘導結合（トランス結合）、ヘリコン、電子サイクロトロン共鳴、容量結合（平行板）等、さまざまな機構でプラズマを生成することができる。たとえば、トランス結合プラズマ(transformer coupled plasma: TCP（商標）)処理チャンバ又は電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron resonance: ECR)プラズマ処理チャンバで高密度プラズマを生成することができる。ＲＦエネルギーがチャンバ内に誘導結合されるトランス結合プラズマ処理チャンバは、カリフォルニア州フレモントのLam Research Corporation（ラムリサーチ・コーポレーション）から市販されている。高密度プラズマが生成されるハイフロー・プラズマ処理チャンバの例は、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人による米国特許第5,948,704号に開示されている。平行板プラズマ処理チャンバ、電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron resonance: ECR)プラズマ処理チャンバ及びトランス結合プラズマ(transformer coupled plasma: TCP（商標）)処理チャンバに関しては、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人による米国特許第4,340462号、4,948,458号、5,200,232号及び5,820,723号に開示されている。
【０００３】
たとえば、参照することにより本出願に組み込まれる同一出願人による米国特許第6,090,304号に記述されたデュアル周波数プラズマエッチングチャンバ等の平行板処理チャンバ内でプラズマを発生させるようにしてもよい。平行板プラズマ処理チャンバの好適な例は、デュアル周波数容量結合プラズマ処理チャンバであり、上部シャワー電極と基板支持部とを備える。以下、平行板型のプラズマ処理チャンバを例にとって説明する。
【０００４】
図１に、プラズマエッチング用の平行板プラズマ処理チャンバを示す。プラズマ処理チャンバ１００は、チャンバ１１０と、入口ロードロック１１２と、必要に応じて、出口ロードロック１１４と、を備える。これらの詳細に関しては、本出願に参照することによりその全体が組み込まれる同一出願人による米国特許第6,824,627号に記載されている。
【０００５】
ロードロック１１２（存在する場合には、さらにロードロック１１４）は、ウエハ等の基板をウエハ供給源１６２からチャンバ１１０を通りウエハ容器１６４まで移送する移送装置を備える。ロードロックポンプ１７６により、ロードロック１１２及び１１４を所望の圧力に減圧可能である。
【０００６】
ターボポンプ等の真空ポンプ１７２を用いて、チャンバ１１０内を所望の圧力に維持する。プラズマエッチングの際、チャンバ圧力を制御して、プラズマを持続するのに十分なレベルに圧力を維持することが望ましい。チャンバ圧力が高すぎると、エッチングを停止させてしまう可能性があり、一方、チャンバ圧力が低すぎると、プラズマを消滅させてしまう可能性がある。平行板プラズマ処理チャンバ等の中密度プラズマ処理チャンバでは、チャンバ圧力を約２００mTorr未満に維持することが望ましい（たとえば、１００mTorr未満、２０ないし５０mTorr）。ここで、「約」は±１０％の意味で用いている。
【０００７】
真空ポンプ１７２をチャンバ１１０の壁部の出口に接続し、バルブ１７３によりスロットル調節して、チャンバ内の圧力を制御するようにしてもよい。エッチングガスがチャンバ１１０内に流入する間、チャンバ１１０内の圧力を２００mTorr未満に維持できる真空ポンプが望ましい。
【０００８】
チャンバ１１０は、上部電極１２５（たとえば、シャワーヘッド電極）を含む上部電極アセンブリ１２０と、基板支持部１５０と、を備える。上部電極アセンブリ１２０は、上部ハウジング１３０内に搭載される。上部ハウジング１３０は機構１３２により鉛直方向に移動可能であり、上部電極１２５と基板支持部１５０との間のギャップを調節できる。
【０００９】
処理ガス源１７０がハウジング１３０に接続され、１種類以上のガスを含有する処理ガスが上部電極アセンブリ１２０に供給される。プラズマ処理チャンバにおいて、上部電極アセンブリが基板表面近傍の領域に処理ガスを供給するために用いられるガス供給システムを備えることが望ましい。１つ以上のガスリング、インジェクター及び／又はシャワーヘッド（たとえば、シャワーヘッド電極）を備えるガス供給システムが、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人による米国特許第6,333,272号、6,230,651号、6,013,155号及び5,824,605号に開示されている。
【００１０】
上部電極１２５は、好ましくは、処理ガスを供給するためのガス穴（図示しない）を有するシャワーヘッド電極を備える。ガス穴の直径は、たとえば、０．０２インチ（＝約０．０５センチメートル）ないし０．２インチ（＝約０．５センチメートル）である。シャワーヘッド電極は、１つ以上の鉛直方向に間隔をあけて配置され、処理ガスの供給を促進するバッフル板を備えるものでもよい。上部電極及び基板支持部は、グラファイト、シリコン、炭化ケイ素、アルミニウム（たとえば、陽極酸化アルミニウム）やこれらの組み合わせ等、任意の適当な材料から形成される。伝熱液体源１７４を上部電極アセンブリ１２０に接続し、他の伝熱液体源を基板支持部１５０に接続するようにしてもよい。
【００１１】
基板支持部１５０は、基板支持部１５０の上面１５５（支持面）上で基板を静電的に固定する１つ以上の埋め込み式クランプ電極を備えるものでもよい。ＲＦ源及びＲＦ整合回路等の付属回路（図示しない）により基板支持部１５０に動力を供給するようにしてもよい。基板支持部１５０を温度制御することが望ましく、必要に応じて（図示しない）加熱素子を備えるものでもよい。加熱素子の例は、本出願に参照することにより組み込まれる同一譲受人に譲渡された米国特許第6,847,014号及び7,161,121号に開示されている。基板支持部１５０は、支持面１５５上に平面パネルや２００ｍｍや３００ｍｍの大きさのウエハ等の半導体基板を支持する。
【００１２】
基板支持部１５０が、支持面１５５上に支持される基板の下にヘリウム等の伝熱ガスを供給する流路を備え、プラズマ処理の間、基板の温度を制御するようにしてもよい。たとえば、ヘリウムにより基板裏面を冷却することにより、基板上でフォトレジストの焼き付きが生じないように十分低い温度にウエハを維持できる。基板と基板支持面との間の隙間に加圧ガスを導入することにより基板温度を制御する方法が、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人による米国特許第6,140,612号に開示されている。
【００１３】
基板支持部１５０が（図示しない）リフトピン穴を備え、この穴を介してリフトピンを適当な機構で鉛直方向に駆動して、支持面１５５から基板を持ちあげて、チャンバ１１０に出し入れするようにしてもよい。リフトピン穴の直径は、たとえば、約０．０８インチ（＝約０．２０センチメートル）である。リフトピン穴の詳細に関しては、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人による米国特許第5,885,423号及び第5,796,066号に開示されている。
【００１４】
図２は、ＲＦ電流の通路を備える容量結合プラズマ処理チャンバ２００を示すブロック図である。図示される例では、基板２０６が処理チャンバ２００内で処理されている。チャンバ２００内の処理ガスにＲＦパワーを印加して、基板２０６をエッチングするためのプラズマを点火させる。基板処理の際に、ＲＦ電流が、ＲＦ源２２２からケーブル２２４に沿ってＲＦ整合回路２２０を介して処理チャンバ２００内に流れる。ＲＦ電流が通路２４０に沿って流れて、処理ガスに結合することにより、閉じ込めチャンバ容量２１０内でプラズマが生成され、底部電極２０４上に配置される基板２０６が処理される。
【００１５】
プラズマ形成を制御し、処理チャンバの壁部を保護するために、閉じ込めリング２１２が用いられる。閉じ込めリングの例の詳細に関しては、本出願に参照することにより組み込まれる同一出願人により2009年8月31日に出願された米国仮特許出願第61/238656号、61/238665号及び61/238670号及び米国特許出願公表第2008/0149596号に記述されている。閉じ込めリング２１２は、シリコン、ポリシリコン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、セラミック、アルミニウム等の導電性材料から形成されるものでもよい。一般的に、閉じ込めリング２１２は、プラズマがその内部で生成される閉じ込めチャンバ容量２１０の周囲を囲むように設けられる。閉じ込めリング２１２に加えて、上部電極２０２と、底部電極２０４と、１つ以上の絶縁体リング（たとえば、２１６及び２１８）と、エッジリング２１４と、下部電極支持構造２２８と、により閉じ込めチャンバ容量２１０の周囲が規定される。
【００１６】
閉じ込め領域（閉じ込めチャンバ容量２１０）から中性ガス種を排出するために、閉じ込めリング２１２が複数のスロット（たとえば、スロット２２６ａ、２２６ｂ及び２２６ｃ）を備えるようにしてもよい。中性ガス種は、閉じ込めチャンバ容量２１０から処理チャンバ２００の外部領域２３２（外部チャンバ容量）に流出し、ターボポンプ２３４により処理チャンバ２００外に排出される。
【００１７】
基板処理の際に生成されたプラズマを閉じ込めチャンバ容量２１０内に保持する必要がある。ただし、所定の条件下では、プラズマが閉じ込めチャンバ容量２１０外で点火される場合がある。たとえば、高与圧環境では、（閉じ込めチャンバ容量２１０から処理チャンバ２００の外部領域２３２に排出される）中性ガス種がＲＦ場に接触する可能性がある。外部チャンバ容量にＲＦ場が存在すると、非閉じ込めプラズマ２５０が生成される場合がある。
【００１８】
典型的な処理環境では、ＲＦ電流がＲＦ生成器から閉じ込めチャンバ容量２１０に流れ、さらに、電気接地に流れる。閉じ込めチャンバ容量２１０から電気接地までのＲＦ電流の通路をＲＦリターンパスと称する。図２に示すように、閉じ込めリング２１２群の内側に沿って、ＲＦ戻り電流がＲＦリターンパス２４２内を流れる。所定の場所２５２で、処理チャンバ２００の内側壁面を越えて、ＲＦ戻り電流は閉じ込めリング２１２の外側に沿って流れる。ＲＦ戻り電流は、チャンバ壁部から、ストラップ２３０群に沿って下部電極支持構造２２８まで流れる。ＲＦ戻り電流は、さらに、下部電極支持構造２２８の表面からＲＦ整合回路２２０を介してＲＦ源２２２に戻る。
【００１９】
以上の説明からわかるように、ＲＦ電流は、通路２４２に沿って、閉じ込めチャンバ容量２１０の外側を電気接地まで流れる。この結果、ＲＦ場がチャンバ領域の外側に形成される。このようなＲＦ場の存在により、処理チャンバ２００の外部領域２３２に非閉じ込めプラズマ２５０が生成される場合がある。
【００２０】
したがって、非閉じ込めプラズマの点火を防ぐと共に、ＲＦリターンパスを短くできる構成が望ましい。
【発明の概要】
【００２１】
ギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバにおいて、可動基板支持アセンブリの固定接地リングの周囲に嵌合され、固定接地リングに対するＲＦリターンパスを提供する可動基板支持アセンブリの可動接地リングを記述する。基板支持アセンブリ内に支持された半導体基板は、プラズマ処理さる。可動接地リングは、その下面に複数のセンタリング・スロットを有する環状底壁と、底壁の内周から上向きに伸長する側壁であって、固定接地リングに対して可動接地リングが鉛直方向に移動できるように固定接地リングの外周を囲む内表面を有する側壁と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】プラズマ処理チャンバを例示する概略図。
【００２３】
【図２】容量結合プラズマ処理チャンバとその内部に形成されたＲＦリターンパスとを示すブロック図。
【００２４】
【図３Ａ】ギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバをその可動基板支持アセンブリが上側位置にある状態で示す部分断面図。
【００２５】
【図３Ｂ】図３Ａのギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバをその可動基板支持アセンブリが下側位置にある状態で示す部分断面図。
【００２６】
【図３Ｃ】図３Ａのギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバをその可動基板支持アセンブリが下側位置にある状態で示す部分斜視図。
【００２７】
【図４Ａ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｂ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｃ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｄ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｅ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｆ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｇ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｈ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【図４Ｉ】一実施例に従って、他の図と共に可動基板支持アセンブリの可動接地リングの詳細を示す図。
【００２８】
【図５Ａ】可動接地リングを支持する押圧可能なプランジャーの断面を示す図。
【００２９】
【図５Ｂ】固定接地リングに搭載された押圧可能なプランジャーの断面を示す図。
【００３０】
【図６Ａ】可動接地リングの上部内側端部上に載置された複数の凹部を備える石英リングの詳細を他の図と共に示す図。
【図６Ｂ】可動接地リングの上部内側端部上に載置された複数の凹部を備える石英リングの詳細を他の図と共に示す図。
【図６Ｃ】可動接地リングの上部内側端部上に載置された複数の凹部を備える石英リングの詳細を他の図と共に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、ギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバにおいて、可動基板支持アセンブリの固定接地リングの周囲に嵌合され、固定接地リングに対するＲＦリターンパスを提供するように構成される可動接地リングを説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、ギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバ３００を例示する部分断面図である。チャンバ３００は、可動基板支持アセンブリ３１０と、中央電極板３０３と環状外側電極３０４とを含む上部電極と、環状外側電極３０４から外側に伸長する導電性閉じ込めリング３０５と、を備える。閉じ込めリング３０５は、上側水平部３０５ａと、上側水平部３０５ａの外側端部から下向きに伸長する鉛直部３０５ｂと、鉛直部３０５ｂの下端部から内側に伸長する下側水平部３０５ｃと、を備える。下側水平部３０５ｃは、プラズマ処理チャンバ３００の外に処理ガスと反応副生成物とを排出するための径方向に伸長するスロットを備える。可動基板支持アセンブリ３１０が図３Ａに示すような上側位置にある場合に、下側水平部３０５ｃの内側端部の下面は、可動接地リング４００の上端部と電気的に接触する。可動接地リング４００との電気的接触が増大するように、下側水平部３０５ｃの内側端部の下面が導電性被覆されていることが望ましい。可動基板支持アセンブリ３１０が上側位置にある場合に、可動基板支持アセンブリ３１０上に支持される半導体基板のプラズマ処理が行なわれる。閉じ込めリング３０５が下側水平部３０５ｃの下方に少なくとも１つの穴あきリング３０７を備え、穴あきリング３０７が下側水平部３０５ｃに対して回転可能で、かつ、鉛直方向に移動可能であり、径方向に伸長するスロットを介してガス流の伝導度を調節するような構成でもよい。図３Ｂに、半導体基板を可動基板支持アセンブリ３１０に移送可能な下側位置にある可動基板支持アセンブリ３１０を示す。
【００３２】
可動基板支持アセンブリ３１０は、可動接地リング４００と、下部電極３１７と、半導体基板が静電的に固定される静電チャック（electrostatic chuck: ESC）３１２と、ESC３１２を囲むプラズマ露出面を有するエッジリング３１１と、エッジリング３１１を囲むプラズマ露出面を有する誘電体リング３０６と、エッジリング３１１の下方に配置される少なくとも１つの絶縁体リング３１５と、誘電体リング３０６の下方に配置され、絶縁体リング３１５を囲む、導電性材料から形成される固定接地リング３４０と、を備える。可動接地リング４００は、固定接地リング３４０上に支持された押圧可能なプランジャー３５０上に支持される。可動接地リング４００は、固定接地リング３４０に対して鉛直方向に移動可能であり、上側位置に基板支持アセンブリ３１０を移動させた場合に閉じ込めリング３０５と電気的に接触する。可動基板支持アセンブリ３１０は、電気的に接地されたバイアスハウジング３６０上に支持されるものでもよい。
【００３３】
固定接地リング３４０が、底壁３４０ａと、底壁３４０ａの内周から上向きに伸長する側壁３４０ｂと、を備えるものでもよい。側壁３４０ｂは、誘電体リング３０６の外径以下の外径を有する。図３Ｃに示すように、固定接地リング３４０の底壁３４０ａは、望ましくは、固定接地リング３４０と可動接地リング４００との間にＲＦリターンパスを形成する可撓性ＲＦリターンストラップ３９０用に、円周方向に間隔をあけて配置される８つのＲＦリターンストラップ接続部３４０ｃを備える。ストラップ３９０の代わりに、可動接地リング４００と固定接地リング３４０との間に配置されるＲＦガスケットを用いて、ＲＦリターンパスの一部として滑りＲＦ接点を形成するようにしてもよい。
【００３４】
固定接地リング３４０は、底壁の外側部に円周方向に間隔をあけて配置される３つのプランジャー支持穴を備え、プランジャー支持穴の各々が、押圧可能なピンの上端部が底壁の上面の上方に伸長するように押圧可能なピンが収容されるプランジャー支持ハウジングに係合する。
【００３５】
図４Ａないし図４Ｉに、実施例に従う可動接地リング４００の詳細を示す。可動接地リング４００は、環状底壁４０２と、底壁４０２の内周から上向きに伸長する側壁４０１と、を備える。側壁４０１は、固定接地リング３４０に対して可動接地リング４００が鉛直方向に移動できるように固定接地リング３４０の外周を囲む内表面４０１ａを有する。内表面４０１ａは、固定接地リング３４０の側壁の外径よりも最大で０．０４インチ（＝約０．１０ｃｍ）大きな、より好ましくは最大で０．０３インチ（＝０．０７６ｃｍ）約大きな直径を有する。
【００３６】
可動接地リング４００は、その下面４０２ａに複数のセンタリング・スロット４０３を備える（図４Ｃ）。スロット４０３は、方位角的に間隔をあけて配置される。可動接地リング４００が、１２０度の間隔をあけて配置される３つのセンタリング・スロット４０３を備える構成が望ましい。また、センタリング・スロット４０３が、可動接地リング４００の中心軸を通る径方向の直線に沿って伸長し、Ｖ字型断面を備える構成が望ましい。図４Ｄにスロット４０３の１つの上面図を示す。図４Ｅに径方向の直線に沿って形成されるスロット４０３の１つの断面図を示す。図４Ｆに径方向の直線と垂直に形成されるスロット４０３の１つの断面図を示す。スロット４０３は、好ましくは４５度ないし９０度の開口角度を有し、より好ましくは、すべての方向に約６０度の開口角度を有する。
【００３７】
可動接地リング４００は、複数のＲＦリターンストラップ接続部を備える。ＲＦリターンストラップ３９０が、ＲＦリターンストラップ接続部に結合されて、可動接地リング４００を固定接地リング３４０に電気的に接地するようにしてもよい。望ましくは、ＲＦリターンストラップ接続部は、底壁４０２の外周上に８つの径方向外側に伸長する突起４８８を備える。
【００３８】
可動接地リング４００が、側壁４０１の上面４０１ｂに鉛直方向に伸長する環状凹部４１５を備えるものでもよい（図４Ｇ）。凹部４１５は、ＲＦガスケットを収容するように形成される。あるいは、可動接地リング４００が凹部４１５を備えることなく、側壁４０１の上端部が、側壁４０１の外表面４０１ｃに伸長する環状スロット４２０を備え、鉛直方向に伸長する薄肉部４３０ａと薄肉部４３０ａの上端部から径方向外側に伸長するたわみ可能な環状部４３０ｂとを備える屈曲部４３０を形成するようにしてもよい（図４Ｉ）。ＲＦガスケット又は屈曲部４３０は、側壁４０１の上部周縁全体に沿って閉じ込めリング３０５を弾性的に係合するように作用する。ＲＦガスケット及び屈曲部は、可動接地リング４００と閉じ込めリング３０５との間の凹凸に対応して、上部周縁全体に沿って可動接地リング４００と閉じ込めリング３０５との間の電気的接触を確実にするように作用する。
【００３９】
図４Ｂに示すように、可動接地リング４００は、望ましくは、その内表面４０１ａに、側壁４０１の上面４０１ｂから伸長する鉛直面４４０ａと内表面４０１ａ及び鉛直面４４０ａの間に伸長する水平面４４０ｂとから形成される段部４４０を備える。図４Ｈに示すように、水平面４４０ｂは、可動基板支持アセンブリ３１０が下側位置にある場合に、誘電体リング３０６から側壁４０１の上端部を離すように配置される消耗品の石英リング３２０（図４Ｈには図示せず、図３Ａないし図３Ｃに図示される）の下面に形成された位置合わせ孔に嵌合する鉛直ピン４９９を収容するように形成される複数の盲穴４４０ｈを備える。
【００４０】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、押圧可能なプランジャー３５０は、各々、ハウジング３５１と、ハウジング３５１の下端部を覆うキャップ３５２と、ハウジング３５１内に配置されるバネバイアス・ピン３５３と、を備える。ピン３５３は、ハウジング３５１の上端部３５１ａに伸長する上部３５３ａを備え、可動接地リング４００におけるセンタリング・スロット４０３の１つに係合する。ピン３５３は、ピン３５３の上向きの移動を制限するとともにピン３５３を上向きにバイアスさせるバネ３５４と係合するフランジ３５３ｂを備える。可動接地リング４００の上端部が閉じ込めリング３５０と電気的に接触する基板支持アセンブリ３１０の上向きの移動の際に、ピン３５３は押圧可能である。可動基板支持アセンブリ３１０が上側位置にある場合に、バネ３５４により３０ポンド（＝約１３．６キログラム）以上の力をピン３５３に加えて、可動接地リング４００と閉じ込めリング３０５との間の電気的接続を確実なものにすることが望ましい。
【００４１】
図５Ｂに示すように、ハウジング３５１の上端部３５１ａは、固定接地リング３４０のねじ開口部に係合される小径ねじ切り部と、固定接地リング３４０の嵌合開口部に収容される大径部３５１ｂと、を備える。ピン３５３の上端部３５３ａは、ハウジング３５１の上端部３５１ａに対して少なくとも０．５インチ（＝約１．２７ｃｍ）押圧可能であることが望ましい。
【００４２】
図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ｈに示すように、石英リング３２０は、その下面に複数のセンタリング凹部３２１を備える。凹部３２１は、段部４４０の水平面４４０ｂに形成された盲穴４４０ｈから伸長する鉛直ピン４９９を収容するように形成される。鉛直ピン４９９は、各々、１つのセンタリング凹部３２１に配置される。
【００４３】
図６Ａないし図６Ｃに示す一実施例において、石英リング３２０は、断面が長方形で、内径が約１４．８インチ（＝約３７．６センチメートル）、外径が約１５．１インチ（＝約３８．４センチメートル）、高さが約０．３インチ（＝約０．７６センチメートル）である。３つの凹部３２１が、石英リング３２０の外側下隅に方位角的に１２０度の間隔をあけて配置される。各凹部３２１は、約０．１インチ（＝約０．２５センチメートル）の直径を有する半円筒部３２１ａを備える。半円筒部３２１ａの中心軸は、石英リング３２０の中心軸から半径約７．５インチ（＝約１９センチメートル）の位置にある。半円筒部３２１ａは、石英リング３２０の外表面に開口する直線部３２１ｂと接続される。直線部３２１ｂの幅が半円筒部３２１ａの直径と等しい。凹部３２１の深さは約０．０９インチ（＝約０．２３センチメートル）である。凹部３２１のすべての端部は約０．０２インチ（＝約０．０５センチメートル）の幅で４５度に面取りされることが望ましい。凹部３２１は、石英リング３２０と好適にはアルミニウム製である可動接地リング４００との間の熱膨張係数の差を調整し、可動接地リング４００と石英リング３２０とがさらされる温度範囲で可動接地リング４００の中心と石英リング３２０の中心をそろえる役割を果たす。
【００４４】
上述したギャップ調節可能なプラズマ処理チャンバにおいて半導体基板を処理する方法は、可動基板支持アセンブリ３１０を下側位置に移動させる工程と、  半導体基板を静電チャック３１２に移送する工程と、可動基板支持アセンブリ３１０を上側位置に移動させる工程と、上部電極（３０３及び３０４）と静電チャック３１２との間のギャップに処理ガスを供給する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも１つにＲＦエネルギーを供給して、処理ガスをプラズマ状態に活性化する工程と、半導体基板をプラズマで処理する（プラズマエッチング）工程と、を備える。
【００４５】
可動基板支持アセンブリ３１０を下側位置から上側位置に移動させる際に、可動接地リング４００の上端部が閉じ込めリング３０５の下側水平部３０５ｃと電気的に接触するまで可動接地リング４００を鉛直方向に移動させて、その後、可動基板支持アセンブリ３１０が所望のギャップ幅を与える上側位置に到達するまで、可動接地リング４００が、固定接地リング３４０上に支持された押圧可能なプランジャー３５０を押圧することが望ましい。
【００４６】
可動接地リングを用いることにより、閉じ込めリング３０５を通るウエハポートが必要なくなる。このウエハポートは、プラズマエッチングが不均一になったり、プラズマ閉じ込めが不完全になったりする原因と成り得る。
【００４７】
可動接地リング、可動基板支持アセンブリ及びギャップ調節可能な容量結合プラズマ処理チャンバを、実施例を参照して詳述してきた。ただし、当業者には自明のように、特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまに変化、変可能であり、これらと等価の態様も特許請求の範囲に包含される。
【図１】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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