(57)【要約】プラズマ中で基板（５０）を処理することができるプロセスチャンバ（１１０）が第１の電極（２２０）と第２の電極（２３０）を覆う誘電体（２１０）、前記誘電体（２１０）を支持する導体、及びＲＦ電圧を前記誘電体（２１０）中の前記第１の電極（２２０）または前記第２の電極（２３０）に供給する電源（１７０）を有する。前記第１の電極（２２０）は、プロセスチャンバ（１１０）内でプロセスガスを活性化するために、プロセス電極（２２５）と容量結合し、前記第２の電極（２３０）に印加されたＲＦ電圧は、導体（２５０）にカラー２６０を通して容量結合され、或いは、前記第２の電極（２３０）は、カラー（２６０）を通して直接容量結合される。
2004531880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に基板を支持することができる支持体であって、
（ａ）基板を受けるようにされた面を有する、第１と第２の電極を覆う誘電体と、
（ｂ）ＲＦバイアス電圧を前記第１と第２の電極に印加するようにされた電源と、
を有することを特徴とする支持体。
【請求項２】
前記誘電体の下に導体を更に有することを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項３】
前記誘電体は、前記第１と第２の電極から前記導体へＲＦ電力を容量結合するようにされていることを特徴とする請求項２に記載の支持体。
【請求項４】
前記導体は、浮いた電位に維持されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の支持体。
【請求項５】
前記導体は、前記電極の１つを超えて広がっている周辺部分を有することを特徴とする請求項２に記載の支持体。
【請求項６】
さらに前記導体上にカラーを有することを特徴とする請求項２に記載の支持体。
【請求項７】
前記カラーは、前記導体とチャンバ内のプラズマとの間にＲＦ電力を容量結合するようにされていることを特徴とする請求項６に記載の支持体。
【請求項８】
前記第１と第２の電極は、誘電体の層によって分離されていることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項９】
前記第１と第２の電極は、電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の支持体。
【請求項１０】
前記第１の電極は、前記第２の電極の上方にあることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１１】
更に、誘電体に近接する導体を有し、前記電極の１つは、カラーを通して容量結合することができることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１２】
前記第１と第２の電極は、互いに電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１３】
前記電源は、単一のＲＦバイアス電圧を前記第１と第２の電極の双方に与えるようされることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１４】
前記電源は、単一のＲＦ電源を有することを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１５】
前記電源は、さらにＤＣ電圧を電極の一方または双方に供給するようにされることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
【請求項１６】
プラズマ中で基板を処理することができるプロセスチャンバであって、
（ａ）前記チャンバにプロセスガスを導入するようにされたガス分配器と、
（ｂ）第１と第２の電極を有し、前記基板を受けるようにされた受取り面を有する誘電体と、
（ｃ）前記誘電体の下にある導体と、
（ｄ）ガスを活性化する電圧を前記電極の双方に印加するようにされた電源と、
（ｅ）前記導体上のカラーと、
を有することを特徴とするプロセスチャンバ。
【請求項１７】
前記誘電体は、前記電極の一方を前記導体に容量結合するようにされていることを特徴とするプロセスチャンバ。
【請求項１８】
前記導体は、前記カラーを通して前記プロセスチャンバ内のプラズマに容量結合されることを特徴とする請求項１７に記載のプロセスチャンバ。
【請求項１９】
前記電源は、ＲＦバイアス電圧を誘電体中の前記電極の一方に供給するようにされることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２０】
前記導体は、周辺部分を有し、前記カラーは前記導体の周辺部分上にあることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２１】
前記導体の周辺部分は、電極の一方を超えて広がっていることを特徴とする請求項２０に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２２】
前記導体は、浮いた電位で維持されることができることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２３】
前記導体は、上方の広がりを有していることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２４】
前記カラーは、前記上方の広がりの上にあることを特徴とする請求項２３に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２５】
前記第１と第２の電極は、電気的に接続されることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２６】
前記電源は、更にＤＣ電圧を前記電源の一方に供給するようにされることを特徴とする請求項１６に記載のプロセスチャンバ。
【請求項２７】
プロセスチャンバ内に基板を支持し、且つ前記プロセスチャンバ内で前記基板を処理する方法であって、
（ａ）前記プロセスチャンバ内に基板を支持するステップと、
（ｂ）プロセスガスを前記プロセスチャンバに導入するステップと、
（ｃ）前記プロセスガスを活性化するために、電圧を第１の電極に供給するステップと、
（ｄ）前記プロセスガスを活性化するために、電圧を第２の電極に供給するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
更に、前記第１と第２の電極を電気的に接続するステップを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ステップ（ｃ）は、電圧を前記第１の電極に供給して、前記基板を静電的に保持するステップを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ステップ（ｃ）は、前記第１の電極をプロセス電極に容量結合するステップを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ステップ（ｄ）は、前記第２の電極を導体に容量結合するステップを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記導体を活性化したプロセスガスに容量結合するステップを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
プロセスチャンバ内に基板を支持し、且つ前記プロセスチャンバ内で前記基板を処理する方法であって、
（ａ）前記プロセスチャンバ内に基板を支持するステップと、
（ｂ）プロセスガスを前記プロセスチャンバに導入するステップと、
（ｃ）前記プロセスガスを活性化するために、電圧を第１の電極に供給するステップと、
（ｄ）前記支持体上の堆積物を除去するために、電圧を第２の電極に供給するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項３４】
更に、前記第１と第２の電極を電気的に接続するステップを有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ステップ（ｃ）は、電圧を前記第１の電極に供給して、前記基板を静電的に保持するステップを有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ステップ（ｃ）は、前記第１の電極をプロセス電極に容量結合するステップを有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記ステップ（ｄ）は、前記第２の電極を導体に容量結合するステップを有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記ステップ（ｄ）は、前記第２の電極を導体に容量結合し、且つ前記導体を、物質を通して前記物質上のプラズマに容量結合するステップを有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、プラズマで処理中に基板を支持するための支持体に関する。
【０００２】
（背景技術）
イオン化したガスまたはプラズマが、例えば半導体及び他の能動または受動エレクトロニックデバイスの製造方法を含む多くの形式の製造方法に用いられる。例えば、プラズマは、化学気相堆積、エッチング及びイオン注入方法に用いられる。従来のチャンバにおいて、ガス分配器（デストリビュータ）がそこにプロセスガスを与え、ＲＦ電圧が基板の下のカソードに印加され、一方、アノードはガスを活性化してプラズマを形成するために電気的に接地される。しかし、従来のプラズマチャンバは、しばしば、基板を横切ってＲＦエネルギー中に変化があるために、基板の表面を横切って一様なプラズマを与えない。例えば、あるチャンバ設計では、カソードの周辺部分は、基板の周りの周囲に広がっており、そしてそのカソードの周辺部分を電気的に絶縁するために比較的厚い絶縁体のシールドが用いられる。しかし、このカソードを覆っている絶縁体シールドは、基板の周辺においてカソードとプラズマとの間のＲＦ電流を減少する。基板の表面を横切って生じる不均一なプラズマによって、基板の周辺部分は基板の中央部分に対して不均一に処理されるようになる。カソードが基板の周辺エッジ全体に広がっていない場合、例えば、カソードが基板の直径よりやや小さな直径を有しているチャンバにおいてもプラズマ処理は不均一である。これらの影響の結果、基板の周辺部分は、１０〜３０％程度歩留まりを減少する。
【０００３】
従って、基板を横切って、特に、基板の周辺エッジを横切って均一なプラズマを与えることができるチャンバが必要である。また、基板の周辺エッジを越えてプラズマを広げることができるチャンバが必要である。更に、基板の表面を横切って、特に基板の周辺エッジにおいてばらつきのない処理を提供する基板を処理する方法が必要である。
【０００４】
（発明の概要）
本発明はこれらの必要性を満足する。１つの特徴として、本発明は、チャンバ内に基板を支持することができる支持体を有する。この支持体は、第１と第２の電極を覆い、基板を受けるのに適した表面を有する誘電体を含む。電源は、ＲＦバイアス電圧を第１と第２の電極に供給するようにされている。
【０００５】
本発明の他の特徴として、プロセスチャンバは、プラズマ中で基板を処理することができる。プロセスチャンバは、チャンバにプロセスガスを導入するようにされたガス分配器；第１と第２の電極を有する誘電体、この誘電体は基板を受けるのに適合された受取り面を有している；誘電体の下にある導体；ガスにエネルギーを与える電圧を電極の双方に供給するようにされた電源；及び導体上のカラーを有する。
【０００６】
他の特徴として、本方法は、プロセスチャンバ内に基板を支持するステップと、プロセスチャンバにプロセスガスを導入するステップと、電圧を第１の電極に供給してプロセスガスを活性化する（ガスにエネルギーを与える）ステップと、電圧を第２の電極に供給してプロセスガスを活性化するステップを有する。
【０００７】
更に、他の特徴として、本方法は、プロセスチャンバ内に基板を支持するステップと、プロセスチャンバにプロセスガスを導入するステップと、電圧を第１の電極に供給して、プロセスガスを活性化するステップと、電圧を第２の電極に供給して支持体上の堆積物を除去するステップを有する。
【０００８】
（実施例）
本発明は、例えば、プラズマによって基板５０をエッチングし、イオン注入によって基板５０に物質を注入し、化学気相堆積によって基板上に物質を堆積し、またはスパッタリングし、または他の処理を行う間、基板５０を支持するために用いられる装置に関する。基板、例えば、半導体ウエハ５０を処理するのに適した代表的なプラズマ処理装置１００が図１に示されており、そして一般に側壁１１２、天井１１５及び底壁１１８を含む囲まれたプロセスチャンバ１１０を有する。このプロセスチャンバ１１０及びその中のいろいろな要素（部品）は、従来の機械加工及びモールド方法を用いて、金属、セラミック、ガラス、ポリマー及び複合材料を含むいろいろな材料から作られる。プロセスチャンバ１１０及びその中の要素を製造するために用いられる金属は、アルミニウム、アルマイト、“HAYNES242”、“Al-6061”、“SS304”、“SS316”及びINCONELであるが、そのうちでアルマイトが好適である。プロセスガスがプロセスガス源、ガスフローの制御システム、及びフローメータを含むガス分配器システム１２０を通してチャンバ１１０に導びかれる。
【０００９】
プロセスガスは、図１〜図３に示されるように、基板５０の周囲に近接して、または基板（図示せず）を横切って実質的に均一にプロセスガスを分配することができる孔のあいた“シャワーヘッド”ガスディフューザ（拡散体）を通して基板上方から導かれる。１以上の排気ポンプ及びスロットルバルブを有する排気システム１３０が、使い果たされたプロセスガスの副産物を排気するため、及びチャンバ１１０内のプロセスガスの圧力を制御するために用いられる。一般に、コンピュータ制御システム１３０がプログラムされた処理条件を用いて、ガス分配器システム１２０及び排気システム１３０を作動させる。ここに示されたこの装置の特定の実施例は、本発明の動作を示すためのみに提供され、本発明の範囲を限定するために用いられるべきではない。
【００１０】
プロセスガスがチャンバ１１０に導かれた後、ガスはプラズマ１５０を形成するために活性化される。１以上の誘導コイル１６０がチャンバに近接して設けられる。コイルの電源１６５がプラズマを形成するためにＲＦエネルギーをプロセスガスに誘導結合するように誘導コイル１６０にエネルギーを与える。代わりにまたは更に、基板５０の下にあるカソード及び基板５０の上にあるアノードを有するプロセス電極を、以下に説明する方法でＲＦ電力をプラズマに結合するために用いることができる。
【００１１】
基板５０を保持するための、及びプロセスガスにエネルギーを加えるための支持体２００がチャンバ１１０内に配置される。この支持体２００は基板支持表面２１５を有する誘電体２１０を含む。誘電体２１０は２つの電極２２０、２３０を覆い、任意に、電極２２０、２３０は誘電体２１０に埋め込まれてもよい。２つの電極２２０、２３０は導体２４０、例えばモリブデンワイヤー、導電性ペーストのビア等によって電気的に接続される。
【００１２】
１つの実施例において、導体素子を有するプロセス電極２２５が基板５０上方のチャンバ１１０内に配置され、そして基板５０の全面積を実質的に取り囲むのに充分な大きさである。１９９７年７月１４日に出願された米国特許出願08/893,599の"High Density Plasma Process Chamber(高密度プラズマプロセスチャンバ)"に記載されているように、電源１７０からＲＦ電圧を上部電極２２０に印加することによって、上部電極とプロセス電極２２５が容量結合して、チャンバ１１０にＲＦ電界を形成する。この文献の内容はレファレンスによってここに取り込まれる。
【００１３】
プロセス電極２２５は、バイアスが与えられるか、接地されることができる導体として働くチャンバ１１０の天井１１５または側壁である。プロセス電極２２５は、誘導アンテナ１６０によって送られるＲＦ誘導磁界に対して低いインピーダンスを与える半導体であってもよい。半導体の天井１１５または側壁は、プロセス電極２２５として働くのに充分な電気的導電性を有しており、また、天井１１５の上にある誘導アンテナ１６０によって発生されるＲＦ誘導磁界に透明である。天井１１５は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、III族−Ｖ族の化合物半導体、例えば、水銀−カドミウム−テルライド、または他の既知の半導体物質を有することもできる。
【００１４】
１つの実施例において、天井１１５は、シリコンを含有する基板の汚染を少なくするために用いられる半導電性シリコンを有する。プロセスチャンバの天井１１５は、平坦または矩形状、弧状、円錐状、ドーム形状、またはマルチラディアス（multi-radius: 多重半径）のドーム形状である。１つの形態において、誘導アンテナ１６０は、プラズマのソース電力のより効率的な使用及び基板５０の中央の直ぐ上に増加したプラズマイオン密度を与える平坦化されたドーム形状を有するマルチラディアスなドーム状の誘導コイル形状でプロセスチャンバ１１０の側壁の周りに巻きつけられている。
【００１５】
誘電体２１０の上部電極２２０には、支持体２００上に基板５０を静電気的に保持するためにＤＣチャック電圧が供給される。また、上部電極２２０は、ＲＦバイアス電圧及びＤＣチャック電圧の双方を導くように構成され、それら双方の電圧は、誘電体２１０を通して挿入され、上部電極２２０に接続されるバナナジャックのような電気的な接続１７５を通して電源１７０から供給される。電源１７０は、ＲＦ電圧を上部電極２２０へ発生する、プラズマを与えるためのＡＣ電源１８０を、また任意的にチャック電圧を上部電極２２０へ与えるためのＤＣ電源１９０を有する。ＡＣ電源は、例えば、約５０ワットから約３０００ワットまでの電力レベルで４００ＫＨｚから６０ｍＨｚまでの１以上の周波数を有するＲＦを発生する電圧を提供する。
【００１６】
ＤＣチャック電源に電気的に接続されたＤＣを阻止する容量回路を有するチャックへ基板５０を保持する静電荷を与えるために、ＤＣ電圧が電極２２０へ印加される。電源１７０は、ＤＣ電流、ＲＦ電流、またはその双方を基板をチャック及びデチャックするため、及びプロセスチャンバ１１０内にプラズマを維持し、または活性化するための電極へ向けることによって、電極の動作を制御するシステムコントローラを有する。ＤＣチャック電源は、一般に約２００〜約２０００ボルトのＤＣチャック電圧を電極２２０ヘ与える。
【００１７】
上部電極２２０は、電気的コネクター２４０を通して下部電極２３０へＲＦ電圧を供給する。浮いている電気的導体２５０が下部電極２３０の下にある誘電体２１０を支持している。“浮いている”ことは、導体２５０が外部電源またはグランド、または同等なものへ直接電気的に接続されないことを意味している。１９９７年９月１６日に出願された米国特許出願08/931,708の"Plasma Chamber Support Having an Electrically Coupled Collar Ring(電気的に結合されたカラーリングを有するプラズマチャンバの支持体)"に記載されているように、下部電極２３０と導体２５０との間の誘電体物質の層によって、下部の電極２３０に供給されるＲＦ電力が下部電極２３０から導体２５０へ容量的に結合することができる。この文献の内容はレファレンスによって本明細書に含まれる。
【００１８】
カラー２６０が電気的導体２５０の周辺部分２５５に配置され、ＲＦ電力がカラー２６０を通して周辺部分からプラズマ１５０へ容量的に結合されるようにする。これは、基板５０の処理のために均一なプラズマを与える電界成分１５４を有する、広がったプラズマシースを生じると考えられる。また、カラー２６０を介した容量結合によって、プラズマの自己バイアスが生じ、カラー２６０からの処理堆積物をきれいにすると考えられる。
【００１９】
これらの処理堆積物は、例えばプラズマ中の種をポリマー化することによって発生され、一般にフッ素とカーボンの化合物から形成される。装置は、導体へのＲＦ結合のみを可能にすることによってＲＦ／ＤＣ電極のＤＣ成分を取り除くように働くこともできる。代わりに、誘電体２１０は、第２の電極２３０がカラー２６０を通して直接容量結合することができる大きさおよび形状にされてもよい。
【００２０】
図２は、装置１００及び支持体２００の他の実施例を示す。この代表的な実施例において、誘電体２１０は、上部電極２２０を含む中央部分および下部電極２３０を含む拡張された部分２１４を有する。この構成によって、低いアーク電位、簡単化された構造、および良好な結合スループットを可能にする。また、図２に示された実施例において、電源１７０は、電気的コネクター１７５を介してＲＦ電圧及びＤＣ電圧を下部電極２３０に供給する。
【００２１】
この下部電極２３０は、電気的コネクター２４０を介して上部電極にプロセスガスを活性化するのに必要なＲＦ電圧を供給し、そして上部電極２２０に基板５０を静電的に引きつけるのに必要なＤＣ電圧を供給する。図１に示された態様において、上部電極２２０と下部電極２３０は誘電体２１０の層をサンドウィッチ状にし、導体２４０がサンドウィッチ状にされた層を通して延びている。この態様において上部電極２２０と下部電極２３０は、実質的に平らであり、そして実質的に平行、または少なくとも部分的に平行である。
【００２２】
図３は、図２に示された実施例と同様な装置１００及び支持体２００の他の実施例を示す。しかし、２つの電極間の電気的コネクター２４０は取り除かれ、第２のＲＦ電源２８０が下部電極に電力を供給するために設けられている。この実施例において、プラズマにエネルギーを供給するため及び／又は基板５０を静電的に保持する上部電極２２０の電力供給、及び導体２５０と容量結合する下部電極２３０の電力供給はより分離される。１つの態様において、このＤＣ電圧は、有利な熱伝達効果を与えることができるカラー２６０を静電的にチャックするために用いられることができる。
【００２３】
支持体２００は、電極２２０、２３０を覆うかまたは電極２２０、２３０を電気的に絶縁し、チャンバ内のプラズマに対して電気的な短絡を防ぐように働く誘電体物質を含むことができる誘電体中に埋め込むことによって形成される。誘電体２１０は、上部電極からでるＲＦ電界が誘電体２１０を通して容量結合されることができる比較的低いＲＦ電界を吸収する。
【００２４】
代わりに、誘電体２１０は、低レベルの導電率を有する半導体物質を有することもできる。誘電体２１０は基板と直接接し、基板を支持する、１０ミクロンより小さいＲＭＳピークからピークまでの粗さを有する滑らかな受取り面を有する。好ましくは、誘電体は、基板５０への電流のリークを減少し、良好なチャック及びデチャック性能を可能にするために、約１０8Ωｃｍ〜約１０14Ωｃｍの体積抵抗率を有する。この誘電体２１０は、基板５０の形状及び大きさに一致する形状及び大きさを有することができる。
【００２５】
誘電体２１０は、電極２２０、２３０を有する単一及び個別の構造を有し、熱で溶融するセラミックまたはポリマーからモノリシック構造として作ることができる。モノリシックのセラミックは、一般に低吸水性の良好な電気的特性を有し、チャンバ５５内で絶縁シールドを必要性としない電極２２０、２３０を完全に取り囲んでいる。密度の高いセラミック構造の高い絶縁破壊強さは、電極２２０、２３０への高ＲＦ電力の適用を可能にする。誘電体２１０は、約２０％以下、好ましくは約１０％以下の低吸水性を有するセラミックから製造することができる。好ましいセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、窒化ホウ素、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、炭化チタン、酸化イットリウム、及び酸化ジルコニウムの１つ以上を含む。
【００２６】
代わりに、１９９５年１月３１日に出願された米国特許出願08/381,786に記載されているように、誘電体２１０は、電極２２０、２３０の周りに積み重ねられ、一般にオートクレーブ圧力成形方法によって製造されるポリイミドまたはアラミドの層の積層体を有する。この文献の内容はレファレンスによって本明細書に含まれる。代わりに、誘電体２１０は、半導体物質、例えばドープされていない、またはドープされたセラミック材料、例えばアルミナ、チタニア、炭化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ホウ素、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、及びこれらの混合物を有する。誘電体物質の熱伝導率は、例えば窒素化アルミニウムによって与えられた場合は、好ましくは、約８０〜約２４０ワット/ｍＫの高い伝導率である。誘電体の媒体中に埋め込まれた電極２２０、２３０は、埋め込まれた電極と共に誘電体の熱燒結を可能にする導電性金属から製造されることができる。埋め込まれた電極２２０、２３０を有する誘電体２１０は、セラミック粉末及び低濃度の有機結合材料の混合物から、等圧縮、熱間圧縮、モールドキャスティング(mold casting)、またはテープキャスティング(tape casting)によって製造されることができる。
【００２７】
誘電体２１０は、また、基板５０の下の受取り面へヘリウムの熱伝達ガスを与えるため誘電体に広がるガス供給孔（図示せず）を有する。ヘリウムガスを供給する孔は、孔の中でのヘリウムのグロー放電を阻止するように、好ましくは、約１から約１０ミル（２５〜２５０ミクロン）までの充分小さな直径を有している。さもないと、ヘリウムガスは、孔の終端においてプラズマグロー放電または電気的なアークを生じる。一般に、一連のガス供給孔は、基板５０の下の領域へ熱伝達ガスの均一な分布を行うために、その周辺に与えられる。
【００２８】
誘電体２１０の電気的特性は、約１０8Ωｃｍ〜約１０14Ωｃｍの低い電気的導電性を得るように選ばれる。図４に示されるように、誘電体２１０は上部電極２２０を電気的に絶縁するカバー層を有していて、チャンバ１０内でプラズマの短絡を防止し、上部電極２２０から基板を分離する。誘電体２１０のカバー層は、上部電極２２０に供給されるＲＦエネルギーに透明であって、カバー層を通してプラズマ及びプロセス電極２２５との容量結合を可能にする。誘電定数、電界感受率、及び誘電体２１０のカバー層の厚さは、上部電極２２０へ印加されるＲＦ電圧のプロセス電極２２５への容量結合を増大する。
【００２９】
さらに、誘電体２１０のカバー層は、上部電極２２０へ印加されたＤＣ電圧がクーロンまたはジョンセン−ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって基板５０を静電的に保持することを可能にする。好ましくは、カバー層は、少なくとも約２の誘電定数を有する。上部電極２２０と下部電極２３０の間にある誘電体２１０の支持層は、誘電体２１０に構造的な強さを加えるために充分厚くなっており、電極２２０，２３０間の電気的な結合を制限するために充分厚いか、あるいは厚くなくてもよい。例えば、図３に示された実施例における電極２２０、２３０を電気的に絶縁することが必要である。
【００３０】
誘電体２１０の異なる層のＲＦリアクタンスは、それを通る所望の結合／非結合を達成するために作られる。例えば、上部電極２２０上の誘電体被覆層は、約１から約５００Ωまで、より好ましくは、約１から約５０Ωまで、そして最も好ましくは１から１０ΩまでのＲＦリアクタンスを有する。支持層は、約１００から約１００００Ωまで、より好ましくは、約１００から約１０００ΩまでのＲＦリアクタンスを有する。上部電極２２０の上または下部電極２３０の下の誘電体層の最小厚さは、式Ｃ＝（Ｅ0Ｅr、Ａ）/Ｌ；ここで、Ｌは誘電体層の最小厚さ、Ａは面積、そしてＥ0およびＥrは誘電体材料及び空気に対する相対的な誘電体定数である。
【００３１】
上部電極２２０上の誘電体（厚さｄ1）、上部電極２２０と下部電極２３０との間の誘電体（厚さｄ2）及び下部電極２３０下の誘電体（厚さｄ3）を有する誘電体２１０の層は、誘電体物質の電気的特性、例えば誘電体定数、固有抵抗に依存する。上部電極２２０上の誘電体の厚さｄ1は、上部電極２２０がＲＦ電力をＲＦ電力の極端な減衰なく上にある基板５０を通してプラズマへ容量結合することができる充分な薄さである。
【００３２】
誘電体被覆層の好ましい厚さは、約２の誘電体定数を有する誘電体材料に対して、約１ミクロンから約５ｍｍまで、より好ましくは、約１０ミクロンから約５ｍｍまで、最も好ましくは、約１００ミクロンから約２ｍｍまでである。下部電極２３０を支持する下側の誘電体層の厚さｄ3は、下部電極２３０からの電界の下方成分がＲＦ電界の極端な減衰なく下にある導体２５０からＲＦ電力を容量結合することができる充分な薄さである。下部電極２３０の下の誘電体物質の厚さｄ3は、導体２５０へ及び続いて天井２６へのＲＦ電力の配分を制御するために設定される。
【００３３】
１つの実施例において、厚さｄ３は、約１ミクロンから約５ｍｍまで、より好ましくは、約１００ミクロンから約５ｍｍまで、最も好ましくは、約５００ミクロンから約３ｍｍまでである。上部電極２２０と下部電極２３０間の誘電体物質の厚さｄ２は、約１ミクロンから約１５ｍｍまでである。
【００３４】
電極２２０、２３０は、導電性材料、例えばアルミニウム、銅、銀、金、モリブデン、タンタル、チタン、またはこれらの混合物から作ることができる。導電性金属は、誘電体が高温処理を用いて形成される場合、高融点の金属、例えば、銅、タンタル、タングステン、プラチナ、レニウム、ハフニウム、及びこれらの合金を有するのが好適である。電極２２０、２３０は、誘電体２１０に埋め込まれた導電性材料の層、例えば、約１から１００ミクロンまでの厚さの銅層を有する。
【００３５】
代わりに、電極は、約０.０１〜約１ｍｍの直径のワイヤで、断面が円形、楕円形、または矩形のメッシュを有することができる。電極２２０、２３０は、いろいろな電位に維持される互いに電気的に絶縁された１以上の導体、例えばバイポーラ、トリポーラ電極を有することもできる。
【００３６】
誘電体２１０の下にある導体２５０は、電気的導電材料から作られ、プロセスチャンバ１１０において誘電体２１０を支持するのに適した上面を有する。１つの構成において、導体２５０は、誘電体２１０の直ぐ下に配置された金属板（プレート）、例えばアルミニウム板を有する。この導体は、上述したように、下部電極２３０と導体２５０との間にある誘電体層を通して下部電極２３０に容量結合される。周辺部分２５５は、電極の周囲を越えて広がっており、また、基板５０の周辺エッジを越えても広がっている。下部電極２３０に印加されたＲＦ電圧は、下にある導体２５０に向かって下方に下部電極２３０からでる第２の電界成分を与える。
【００３７】
この電界成分は、下部電極２３０から下にある導体２５０へ容量結合を与える。下部電極２３０は、誘電体２１０によって導体２５０から分離され、電気的に絶縁されているので、支持アッセンブリ２００は、キャパシタとして機能し、下部電極２３０から導体２５０へＲＦ電力を電気的に結合する。第２の電界成分が導体に結合されると、それらは、導体２５０の周辺部分２５５へ電気的に導通される。この方法で、埋め込まれた下部電極２３０を有する誘電体２１０は、基板５０の周辺近くの領域へ送られる周辺の（第２の）電界成分を発生するために用いられる。更に、上述したように、ＤＣ成分は、カラー２６０を静電的に“チャック”するために用いることができる。
【００３８】
カラー２６０は、導体２５０の周辺分２５５に配置され、周辺部分２５５と直接電気的に接触してもよい。カラー２６０は、導体２５０の周辺部分からＲＦ電力がカラー２６０を通してプラズマへ結合されることができるように充分透明であり、それによって、プラズマの影響が基板５０の周辺を越えて広がるようにする。これによって、カラー２６０の表面近くのイオンが表面から処理の副産物を除去するように活性化される。周辺の電界が導体２５０の周辺部分から電気的に結合され、上部電極２２０から電界成分を補うためにカラー２６０を通して横に広がる第３の電界成分を与えるために、このことが生じると考えられる。
【００３９】
この方法で、導体２５０の電気的導電性の周辺部分と上にあるカラー２６０の組み合わせは、基板５０の周辺に垂直で、周りに広がる電界成分を発生する上部電極２２０の広がりとして機能する。その結果、上部電極２２０の有効な容量性結合面積は、カラー２６０を横切る電界のスパンニング（広がり）よって増大される。基板５０の周辺の周りに電気的に結合されたカラーによって与えられた周りの電界は、基板５０の表面を横切ってより均一なプラズマ分布を与えると考えられる。
【００４０】
導体２５０の形状及び大きさおよび導体２５０上に載っているカラーの２６０直径は、電極２２０、２３０の銅さ面積を増大するため、及び電極の周辺を越えて広がるプラズマを得るために選択される。導体２５０は、過渡に一様でないエアギャップまたはそれらの間に電気的抵抗の無いカラー２６０の下側表面からＲＦ電力を一様に電気的に結合することができる滑らかな、そして磨かれた上側表面を有する。
【００４１】
導体２５０の滑らかな上側表面は、導体２５０、電極２２０、２３０、及びカラー２６０の境界面の絶縁エアギャップを除いてそれらの間の電気的結合を増大する。１つの実施例において、導体２５０は、基板５０の形状および大きさに相当するような形状および大きさにされた金属プレートから作られる。約２００ｍｍ（８インチ）の直径を有する円形基板に対して、導体の好ましい直径は、約２００〜約２２０ｍｍである。
【００４２】
カラー２６０は、基板５０の周囲の導体２５０の周辺部分からＲＦ電力を結合するのに充分な薄さである導体２５０の周辺部分２５５を覆う誘電体または半導体材料の管状リングまたは層である。カラー２６０の形状及び厚さは、カラー２６０を製造するために用いられる材料の電気的透磁率、特に電極２２０、２３０に印加されるＲＦ周波数を有する電気エネルギーのその吸収に依存する。１つの実施例において、カラー２６０は、導体２５０の周辺部分２５５の上面上にある誘電体または半導体材料の層によって製造される。誘電体の層は、フレームスプレーイング（溶射）、プラズマスプレーイング（プラズマ溶射）、または溶液コーティングによって設けることができる。
【００４３】
他の実施例において、カラー２６０は、導体２５０の上面への均一で一様な電気的結合を与えるために、充分滑らかに磨かれた下側結合表面を有する硬い管状リングを有する。滑らかな結合面は、導体２５０とカラー２６０の境界面におけるエアギャップ及び他の電気的インピーダンスを減少する。結合面は、約１０ミクロンより小さい、好ましくは約３ミクロンより小さい、そして最も好ましくは約０.５ミクロンより小さいピークからピークまでのＲＭＳ粗さを有する。好ましくは、管状リングは、電極２２０、２３０及び導体２５０と同心円上にある。
【００４４】
また、カラー２６-は、基板５０を支持することができる上面を有している。カラー２６０の上面は、支持体２００の受取り上面に実質的に同一平面にあり、基板５０の周囲へまたは周囲を越えて広がっている。また、カラーは、腐蝕したり、壊れたときにカラーの素早く取り換えることができるように支持体２００から取外し可能にすることもできる。１つの実施例において、カラー２６０の厚さは、約５ｍｍから約１０ｍｍまでである。
【００４５】
カラー２６０は、カラー２６０を通して導体２５０の周辺部分からプラズマへ約１ＭＨｚ〜約２０ＭＨｚのＲＦ周波数でＲＦ電力を容量結合するのに充分低いＲＦ電界を吸収する誘電体物質から作られる。カラー２６０は、少なくとも２の誘電体定数及び少なくとも１０ボルト/ｎｍの誘電体の絶縁破壊強さを有する誘電体物質から作られる。
【００４６】
カラー２６０を製造するための好適な誘電体セラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、炭化チタン、ホウ素化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、及びそれらの等化物またはそれらの混合物を含む。カラー２６０を作るための好適なポリマー材料は、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルクロライド、ポリプロピレン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ナイロン、シリコン、及びゴム（ラバー）を含む。基板５０が加熱される場合の処理に対して、カラー２６０のために選ばれた誘電体物質は、２００度を超える温度に耐えるのが好ましい。
【００４７】
他の実施例において、カラー２６０は、ＲＦ電界成分がカラー２６０を通して伝送されるか、あるいは導わるように低い電気抵抗を有する半導体材料から作られる。半導体は、その材料が絶縁材料より高い電気的導電性を有し、且つ金属より低い電気的導電性を有することを意味している。基板の周囲上によりバラツキのない、均一なプラズマシースを与えるために、半導体材料は、ＲＦ電界成分が導体２５０からカラー２６０へ電気的に結合されるように充分低い固有抵抗を有している。
【００４８】
これらのＲＦ電界成分は、エッジ効果が正常に高く著しいエッジにおけるＤＣ電位を平坦にし、またはバランスを保つ。基板の周囲を横切ってよりバランスのとれた、または平らなＤＣ電位が電極２２０、２３０のエッジにおいて電気的なアークが発生する可能性を減少する。カラー２６０は、約１０-3Ωｃｍ〜約１０3Ωｃｍ、より好ましくは、約１０1Ωｃｍ〜約１０2Ωｃｍの固有抵抗を有する。カラー２６０を製造するための好適な半導電性セラミック材料は、ドープされたセラミック材料、例えばここに記載されたセラミック材料、例えば酸化アルミニウム及び酸化チタン、または窒素カアルミニウム及び他の導電性添加物の混合物を有する。
【００４９】
図５は、上部電極２２０と下部電極２３０を有する支持体２００の他の実施例を示す。この実施例において、導体２５０には、導体２５０の周辺部分２５５から上方に延びる導体の延長部２９０が設けられる。ＲＦ電力が導体２５０に容量的に結合されると、それはカラー２６０を通して周辺部分２５５と延長部分２９０から結合される。
【００５０】
この結合は、基板５０を超えてプラズマシースを広げ、カラー２６０の表面の堆積物をきれいにすると考えられる。延長部２９０は、導体２５０として同じまたは類似の材料からなり、金属クランプと一体化でき、金属クランプとして働くことができる。カラー２６０の上面２６５は、基板５０を含むための縁を有することができるし、平らにすることもでき、または他の形状にすることもできる。また、上面２６５は、誘電体２１０の上面と同一平面にすることもできるし、より高いレベルにあってもより。
【００５１】
本発明のプラズマ処理装置１００は、基板上に物質を堆積し、エッチングし、または材料を注入し、または処理するために用いることができ、基板表面を横切って均一なプラズマ処理を行なうのに特に有用である。装置１００を用いるために、基板５０がプロセスチャンバ１１０に置かれ、プロセスガスが制御された圧力でガス分配器１２０を介してプロセスチャンバ内に導入される。プロセスガスの流速、チャンバの圧力、及び基板温度は処理に依存する。
【００５２】
基板５０上に被膜を堆積するための化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスは、一般に、Chapter 9,VLSI Technology, 2nd ED, ED. By Sze McGraw-Hill Publishing Co., New Yorkに記載されており、レファレンスにより本明細書に含まれる。基板上にＳiＯ2を堆積するための代表的な化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスは、プロセスガス、例えば(i)シリコンソースガス、例えばＳiＨまたはＳiＣl2Ｈ2および酸素ソースガス及び、例えばＣＯ2またはＨ2Ｏ、またはＮ2Ｏ；または（ii）Ｓi（ＯＣ2Ｈ5）4のようなシリコンと酸素の双方を含む単一ガスを使用する。
【００５３】
基板上にシリコンまたはＳi3Ｎ4を堆積するためのＣＶＤプロセスは、一般に、ガス、例えばＳiＨ4、ＮＨ3、Ｎ2、Ｂ2Ｈ6、ＨＣl、及びＰＨ3を使用する。他の従来のＣＶＤプロセスガスは、ＮＨ3、ＡsＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＨＣl、及びＳiＨ4を含む。また、装置１０は、VLSI Technology, Second Edition, Chapter 5, by S.M. Sze, McGraw-Hill Publishing Company (1988)に記載されているプラズマエッチングプロセスのために用いられる。この文献は、レファレンスによって本明細書に含まれる。代表的なエッチングプロセスは、プロセスガス、例えばＢＣl3、Ｃl2、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＦＣl3、ＣＦ3Ｃl、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6およびＣ2ＣlＦ5を使用し、レジストエッチングプロセスは、一般に基板上のレジストをエッチングするために酸素含有エッチャントガスを使用する。
【００５４】
基板５０をクリーニングするためにＮＦ3を用いるプラズマプロセスは、一般にChang他に与えられた米国特許第5,201,990号に記載されている。この文献はレファレンスによって本明細書に含まれる。一般に、プロセスガスの流速は、５０から３０００sccmまでの範囲にあり、チャンバの圧力は、１mTorrから１００Torrまでの範囲にあり、そして基板温度は、２５から５００℃までの範囲にある。
【００５５】
図６は、支持体２００を伴って使用するのに適した電源１７０を示す。この電源１７０は、誘導電圧をチャンバ上のコイル１６０に与えるためにＲＦマッチング回路３１２に結合された発生器３１０を有する。また、電源１７０は、ＤＣチャック電源に電気的に接続されたバイアスマッチング及びＤＣブロッキングキャパシタ回路３１５を含む。回路３１５からのＲＦ電力は、約５０〜３００ワットの電力レベルでケーブル３２０を通して上部電極２２０または下部電極２３０に与えられる。
【００５６】
基板５０は、ＤＣバイアスされた上部電極２２０によって誘電体２１０の受取り面に静電気的に保持される。また、電源１７０は、基板５０をチャックし、デチャックするため、及びプロセスチャンバ１１０にプラズマを発生するため、電極にＤＣ電流、ＲＦ電流又はその両方を向けることによって、電極２２０、２３０の動作を制御するためのシステムコントローラを有する。
【００５７】
本発明は、好適な実施例に関してかなり詳細に説明されたけれども、他の実施例も可能である。例えば、カラーは、プロセスチャンバの側壁と共に一体化することもできるし、支持体と共に単一構造を形成し、または支持体に電気的に接続された分離した導体とカラーのアッセンブリを形成することも可能である。本発明の範囲から逸脱することなく、他の同様な変更も行うことができる。従って、請求項は、本明細書に記載された好適な実施例の記載に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】二重電極の支持体を有する基板処理装置の実施例の概略断面図である。
【図２】他の二重電極の支持体を有する基板処理装置の他の実施例の概略断面図である。
【図３】他の二重電極の支持体を有する基板処理装置の他の実施例の概略断面図である。
【図４】基板処理装置に有用な二重電極支持体の実施例の概略断面図である。
【図５】他の基板処理装置に有用な二重電極支持体の他の実施例の概略断面図である。
【図６】二重電極支持体に電力を供給するのに有用な電源の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004531880.tif 000034
2004531880.tif 000035