(57)【要約】【課題】【解決手段】所定の出力インピーダンスを有するＲＦ電力源から、ＲＦ電力を、電気的に非線形な媒体へと供給するための電極装置。この電極装置は、前記媒体と関連づけられ、この媒体と共に所定の負荷インピーダンスを形成する駆動電極と、前記ＲＦ電力源の出力インピーダンスを、前記負荷インピーダンスに整合させるように、前記ＲＦ電力源と駆動電極との間に接続されているインピーダンス整合ネットワークとを有する。前記整合ネットワークは、前記駆動電極に直接接続されている出力部材を有する。前記電極装置は、前記整合ネットワークと駆動電極との間に配置されているＲＦエネルギー吸収材のボディをさらに有し得、この吸収材は、周波数につれて増大する周波数依存エネルギー吸収特性を有する。
2004506307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の出力インピーダンスを有するＲＦ電力源から、ＲＦ電力を、電気的に非線形な媒体へと供給するための電極装置であって、
前記媒体と関連づけられ、この媒体と共に所定の負荷インピーダンスを形成する駆動電極と、
前記ＲＦ電力源の出力インピーダンスを、前記負荷インピーダンスに整合させるように、前記ＲＦ電力源と駆動電極との間に接続され、また、前記駆動電極に、物理的かつ電気的に直接接続されている出力部材を有するインピーダンス整合ネットワークとを、
具備する電極装置。
【請求項２】
前記整合ネットワークと駆動電極との間に配置されているＲＦエネルギー吸収材のボディをさらに具備し、この吸収材は、周波数につれて増大する周波数依存エネルギー吸収特性を有する請求項１の電極装置。
【請求項３】
前記吸収材は、ＲＦ電力の基本周波数で、比較的低い吸収率を有し、基本周波数の高調波周波数で、比較的高い吸収率を有する請求項２の電極装置。
【請求項４】
前記ＲＦエネルギー吸収材のボディは、１インチのオーダーの厚さを有する請求項２の電極装置。
【請求項５】
前記吸収材は、鉄粉を加えたエポキシ樹脂である請求項４の電極装置。
【請求項６】
前記整合ネットワークの出力部材は、前記駆動電極に接続されている導電プレートを有するコンデンサである請求項１の電極装置。
【請求項７】
前記導電プレートは、筒形である請求項６の電極装置。
【請求項８】
プラズマ領域を囲んでいるチャンバと、このプラズマ領域内に配置されている請求項１の電極装置とを具備するプラズマ反応炉。
【請求項９】
前記プラズマ領域内に配置され、第２の電極を構成するウェハ支持部材をさらに具備する請求項８の反応炉。
【請求項１０】
所定の出力インピーダンスを有するＲＦ電力源から、ＲＦ電力を、電気的に非線形な媒体へと供給するための電極装置であって、
前記媒体と関連づけられ、この媒体と共に所定の負荷インピーダンスを形成する駆動電極と、
前記ＲＦ電力源の出力インピーダンスを、前記負荷インピーダンスに整合させるように、前記ＲＦ電力源と駆動電極との間に接続されているインピーダンス整合ネットワークと、
前記整合ネットワークと駆動電極との間に配置されているＲＦエネルギー吸収材のボディであって、この吸収材は、周波数につれて増大する周波数依存エネルギー吸収特性を有するボディとを、
具備する電極装置。
【請求項１１】
前記吸収材は、ＲＦ電力の基本周波数で、比較的低い吸収率を有し、基本周波数の高調波周波数で、比較的高い吸収率を有する請求項１０の電極装置。
【請求項１２】
前記ＲＦエネルギー吸収材のボディは、１インチのオーダーの厚さを有する請求項１１の電極装置。
【請求項１３】
前記吸収材は、鉄粉を加えたエポキシ樹脂である請求項１２の電極装置。
【請求項１４】
プラズマ領域を囲んでいるチャンバと、このプラズマ領域内に配置されている請求項１０の電極装置とを具備するプラズマ反応炉。
【請求項１５】
前記プラズマ領域内に配置され、第２の電極を構成するウェハ支持部材をさらに具備する請求項１４の反応炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にプラズマ反応炉内で、無線周波数（ＲＦ）電力を駆動電極に供給するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）の製作者によって使用される装置の製造者は、装置の性能の改良を求める絶え間ない要求に直面している。広く使用されている特定のタイプの装置の１つは、プラズマ反応炉であり、このプラズマ反応炉は、半導体ウェハから材料を除去し、又は、半導体ウェハに材料を堆積させるために使用される。このような装置の性能は、反応炉内の電極への結合エネルギー効率に応じている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣの歩留まり及び全体の品質を決定する重要なファクターの１つは、ベア及びトレンチにおけるエッチング速度の均一性のような、ウェハにおける処理の均一性である。プラズマ反応炉で、ウェハの一面全体での処理の均一性は、システム全体の設計によって支配される。この均一性については、プラズマが、電気的に非線形な媒体である、即ち、プラズマのインピーダンスは、電場強度の非線形関数として変化することから、ＲＦ駆動周波数の高調波が、プラズマ内で発生するために、典型的に、妥協される。２０番目の高調波周波数の電力が、充分なレベルで発生され得る。これら高調波は、結果として、前記駆動電極と、この駆動電極とＲＦ整合ネットワークとの間のＲＦ供給システムとにおいて、高調波周波数の定常ＲＦ波を発生させ、このため、プラズマは、不均一となり、この結果、処理は、ウェハの一面全体に渡って不均一となる。
【０００４】
容量型結合プラズマ反応炉で、ＲＦ電力源からの電力は、インピーダンス整合ネットワークを介して、１つの駆動電極に供給される。このような反応炉は、複数のＲＦ駆動電極と、ＲＦ供給システムとを有し得る。以下の説明は、各ＲＦ駆動電極に適用可能であるが、平明さのために、１つのこのようなＲＦ駆動システムのみが、以下で考慮される。同様に、本発明は、多電極駆動構造又は分割電極駆動構造の各ＲＦ駆動システムに適用可能である。高調波成分が、プラズマ内で発生され、駆動電極から、整合ネットワーク及びＲＦ電力源へと伝播する。その後、この高調波成分は、典型的に、駆動電極へと反射され、従って、高調波周波数の定常波が、生成される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の出力インピーダンスを有するＲＦ電力源から、ＲＦ電力を、電気的に非線形な媒体へと供給するための改良された電極装置を提供する。この装置は、前記媒体と関連づけられ（ｉｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｕｍ）、この媒体と共に所定の負荷インピーダンスを形成する駆動電極と、前記ＲＦ電力源の出力インピーダンスを前記負荷インピーダンスに整合させるように、前記ＲＦ電力源と駆動電極との間に接続され、また、前記駆動電極に直接接続されている出力部材を有するインピーダンス整合ネットワークとを有する。
【０００６】
本発明に従う電極装置は、前記整合ネットワークと駆動電極との間に配置されているＲＦエネルギー吸収材のボディをさらに有し得、この吸収材は、周波数につれて増大する周波数依存エネルギー吸収特性を有する。このようなＲＦエネルギー吸収材のボディの利用は、処理の均一性を改良するだろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
従来のプラズマ反応炉電極装置が、図１で示されている。この装置は、処理チャンバ（図示されていない）内に配置されるだろうし、この処理チャンバは、プラズマ発生領域を囲んでおり、この領域内で、プラズマが、発生されるだろう。この電極装置は、上部電極即ち駆動電極１２と、処理されるウェハ１６を支持する下部電極１４と、整合ネットワーク１８と、筒形導電部材２０とからなる。前記整合ネットワーク１８は、この整合ネットワークの出力部材を構成するコンデンサＣ２を有しており、前記筒形導電部材２０は、前記整合ネットワーク１８のコンデンサＣ２の出力側即ち出力プレートと、前記上部電極１２との間に接続されている。ＲＦ電力が、ＲＦ電力源２４から前記整合ネットワーク１８へと供給され、その後、前記導電部材２０を介して前記上部電極１２へと供給される。このＲＦ電力は、前記上部電極１２から、プラズマを発生させるためのプラズマ発生領域中へと結合される。
【０００８】
典型的に、前記筒形導電部材２０は、約５インチの長さを有し、前記コンデンサＣ２の出力プレートの直径よりも小さい直径を有する。ＲＦ周波数で、電流の流れ、従って、電力の供給が、表皮効果によって、導電体の表面に沿って生じる。図示された構造で、これは、前記上部電極１２及び筒形導電部材２０に沿って生じるだろう。従って、基本周波数で、ＲＦ電力は、前記整合ネットワーク１８から、前記筒形導電部材２０の表面全体を渡り、前記上部電極１２の上面に沿って径方向かつ外向きに、前記電極１２の筒形外面に沿って下向きに、前記電極１２の下面に沿って径方向かつ内向きに、そして、前記電極１２の下面からプラズマ中へと流れる。
【０００９】
本出願人は、ＲＦ電力流のパスに沿って、比較的明らかな４つの不連続部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が存在するように決定しており、この結果、これら４つの不連続部において、ＲＦ基本周波数の反射波が生じる。加えて、前記電極１２の下面に沿って、プラズマは、基本周波数のＲＦ電力の流れに、分布された不連続部（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）を与え、従って、分布された反射波が、通常、前記電極の下面に沿って生じる。この結果、ＲＦ基本周波数の定常波が、前記整合ネットワーク１８とプラズマとの間の供給システム内に生成される。
【００１０】
前記整合ネットワーク１８は、これら基本周波数の反射波を相殺し、基本周波数の電力をプラズマ中へと効率的に結合させるように設計されている。しかしながら、基本周波数の高調波周波数の電力が、プラズマ内で発生され、上述した構造の表面に沿って、プラズマから前記ＲＦ整合ネットワークに向かって流れる。上で示された不連続部は、高調波周波数のＲＦ電力をプラズマに向けて反射し、高調波周波数の定常ＲＦ波を前記電極１２に生成させる。高調波は、基本周波数よりも短波長であるから、高調波周波数の定常波は、基本周波数定常波よりも処理の均一性に悪影響を与える。この結果、処理（例えば、エッチング又は堆積）の均一性が、高調波周波数定常波のために減じられる。
【００１１】
本発明は、プラズマ反応炉の駆動電極装置において、ＲＦ不連続部の１つ、即ち、図１のＲ１を効果的に除去する装置で実施される。本発明は、知られた駆動電極装置の２つの改良点を提供する。即ち、（ａ）上述された導電部材２０が、完全に除去されており、（ｂ）ディスクの形態の吸収材ボディ４０が、ＲＦ駆動電極の上方に挿入されている。
【００１２】
前記導電部材２０を除去することによって、この導電部材の２つの端部における反射波間の関係の周波数依存性が、本質的に排除される。従来技術におけるこのような周波数依存性は、ＲＦ駆動周波数の全ての高調波周波数の反射波の排除を実現することを困難にしている。
【００１３】
吸収材は、基本ＲＦ周波数で、小さな吸収率（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を有するが、全ての高調波周波数でずっと大きな吸収率を有する。吸収材のこの性質は、本発明によって与えられる改良に充分に寄与する。
【００１４】
図２は、プラズマ反応炉の上部を示しており、この上部は、上部電極１２（例えば、部材６０、６２、６４を有する）と、従来の方法で互いに接続されているコンデンサＣ１、Ｃ２並びにインダクタＬからなる整合ネットワークとを有する。前記コンデンサＣ１の上部プレート（図示されていない）が、従来のＲＦ電力源（詳細には図示されていない）と、前記インダクタＬの一方の端部とに接続されている。前記コンデンサＣ１の下部プレート３０が、接地されているプレート３２に接続されている。前記インダクタＬの他の端部が、前記コンデンサＣ２の上部プレート（図示されていない）に接続されている。前記コンデンサＣ２の下部プレートが、前記整合ネットワークの出力端子を構成し、前記電極１２の上面に、導電するように直接接続されている。典型的に、前記コンデンサＣ２は、筒形であり、２つの導電プレート間に挟まれている誘電材のボディからなり、これら部材の全ては、筒形をしている。前記コンデンサＣ２の下部プレートは、前記プレート１２にボルトによって設けられている適切な接続プレートによって、前記プレート１２の上面に接続され得る。
【００１５】
図２で示されている構造は、従来の位相磁気検出器（Ｐｈａｓｅ　ｍａｇ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）４４をさらに有し、この位相磁気検出器４４は、接地されているシールドカバーを有する整合ネットワーク４６について、進行ＲＦ電力並びに反射ＲＦ電力をモニタするために使用される。構造部材４８、５０が、整合ネットワーク構造の一部を形成する。導電整合ピース５２が、前記整合ネットワークを、プラズマ反応炉のチャンバ壁の頂部５４に接続しており、このピース５２及びチャンバ壁は、接地されている。前記電極１２は、絶縁リング５８によってチャンバ壁から絶縁されている。
【００１６】
別の一実施形態で、前記上部電極１２は、主電極ボディ６０と、電極プレート６２と、シリコン電極面６４とからなり、前記ボディ６０とプレート６２との両方は、アルミニウムによって作られ得る。本技術分野の従来の実施形態に従い、前記プレート６２と面６４とは、シャワーヘッド構造を形成するガス注入孔を有する。これら構成部材６０、６２、６４は、本技術分野で既に知られている原理に従って構成され得る。
【００１７】
前記吸収材ボディ４０は、前記ＲＦ整合ネットワークの出力コンデンサＣ２の下部を収容している中央アパーチャを有するディスクの形態である。
【００１８】
前記吸収材ボディ４０は、図示されているように、前記電極１２の周縁で、この電極１２の上面の下方に延びている部分を有し得る。
【００１９】
所望のエネルギー吸収特性を有するＲＦ吸収材の例として、Ｅｍｅｒｓｏｎ　＆　Ｃｕｍｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ　８６９　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｓｔ．，Ｓｔｅ　Ｉ，Ｃａｎｔｏｎ，ＭＡ　０２０２１によって販売されているＥＣＣＯＳＯＲＢ（登録商標）　ＣＲ　鋳造用樹脂ファミリー（ｃａｓｔａｂｌｅ　ｒｅｓｉｎ　ｆａｍｉｌｙ）の一部がある。これら吸収材は、鉄粉を加えたエポキシ樹脂を含み、１００ＭＨｚ以下の周波数で、非常に小さな損失率を有し、また、周波数がこの値を超えて増大していくにつれて徐々に増大していく減衰率を有する。この樹脂群は、様々なＲＦ減衰のレベルを有する１ダース以上のタイプの吸収樹脂を含む。本発明に使用され得るＥＣＣＯＳＯＲＢ（登録商標）材料の一例として、製造番号ＣＲ−１１７で販売されている鋳造用吸収材がある。本発明の目的に適しているＲＦ吸収材は、Ｗｉｎｄｈｏｒｎ等の共願の米国出願第６０／１８２，１８７号、名称ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＤＥＶＩＣＥ　ＦＯＲ　ＡＴＴＥＮＵＡＴＩＮＧ　ＨＡＲＭＯＮＩＣＳ　ＩＮ　ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ　ＰＬＡＳＭＡ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭＳ、出願日２０００年２月１４日で、より詳細に考察されており、この開示内容は、ここで参照として組み入れられる。
【００２０】
形成され試験された本発明の一実施形態で、ＣＲ−１１７によって作られた吸収材ボディ４０は、１３．５インチの直径を有し、１インチの厚さを有した。このシステムを用いて行われた試験作動は、約３％に減少された不均一性からの変化を示したが、所望のエッチング速度を維持するために電力を増大させる必要があることも示した。このシステムが、電力についてのこの欠点を減じるように技術的に洗練され得ることが予見される。
【００２１】
従って、本発明の重要な特徴の１つは、プラズマへと戻される高調波周波数の反射ＲＦ電力の量を減じるように、プラズマ反応炉の電極装置内で周波数依存吸収材のボディを使用することである。この吸収材ボディは、吸収材が存在しない場合に、その周波数の電力が、識別可能に観察される、基本ＲＦ駆動周波数の全ての高調波周波数で、ＲＦエネルギーを効果的に吸収するが、基本ＲＦ駆動周波数では、エネルギーを識別可能なほど吸収しない。
【００２２】
前記吸収材ボディ４０のディスクは、プラズマ処理装置内への装着と、プラズマ処理装置からの取り外しとが容易にされるように、複数に分割されて鋳造され得る。この態様は、前記Ｃ２の下部プレートと複数の冷却チューブ等とが、前記開口を通過しなければならず、又は、前記吸収材ボディ４０の追加の開口をことによると通過しなければならないため、実施上重要である。
【００２３】
また、前記吸収材ボディ４０は、図１で示されているタイプの構造で使用され得、プラズマへと戻される高調波周波数の反射ＲＦ電力の量を減じるだろう。
【００２４】
本発明の別の重要な特徴は、ＲＦ整合ネットワークの出力コンデンサを駆動電極に接続している導電部材を排除することにより、駆動電極装置を有するプラズマ反応炉装置の物理的なサイズが、減少されることである。製造産業が、３００ｍｍウェハ処理に移行していく現状では、このようなサイズの減少は、重要であり得る。
【００２５】
この発明の利点の１つは、反射ポイントの数を１つだけ、特に図１で反射ポイントＲ１を、効果的に減少させることであり、このことは、従来技術において導電部材の端部で生じるあらゆる反射波間の関係の周波数依存性を効果的に排除する。
【００２６】
本発明の別の利点は、使用者が、吸収ディスクで使用するために、異なった材料へと、非常に容易に変更し得ることである。
【００２７】
上述した説明は、本発明の特定の実施形態に言及しているが、本発明の精神から離れていない多くの改良が、行われ得ることが理解されるだろう。特許請求の範囲は、本発明の真の範囲及び精神内にあるこのような改良を含むように意図されている。
【００２８】
従って、本願で開示された実施形態は、あらゆる観点で、限定するものでなく説明するものとして考慮されるべきであり、本発明の範囲は、上述した詳細な説明でなく、特許請求の範囲によって規定されており、従って、請求項の相当物の範囲及び手段内で行われる全ての変更が、実施されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この図は、プラズマ反応炉のための従来技術の電極システムの基本構造を示す側面図である。
【図２】この図は、ハウジング部材を取り外した状態の電極システムの一部分の側面図であり、本発明の好ましい実施形態を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004506307.tif 000006
2004506307.tif 000007
2004506307.tif 000008
2004506307.tif 000009
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2004506307.tif 000011
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2004506307.tif 000017
2004506307.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004506307.tif 000019
2004506307.tif 000020
【国際調査報告】
2004506307.tif 000021
2004506307.tif 000022
2004506307.tif 000023