(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ処理に用いるプラズマ反応チャンバの電極アセンブリであって、
その下面において、反応チャンバ内で処理されるウエハに対向する支持部材と、
その下面において前記ウエハと対向し、その外端部の上面において前記支持部材の下面と対向する電極と、
電極の外端部に係合し、支持部材に対して電極を弾性的に押圧するクランピング部材と
を備えたことを特徴とする電極アセンブリ。
【請求項２】
前記電極はシャワーヘッド電極を含み、前記支持部材はプロセスガスを前記電極上面に供給するガス通路を有することを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３】
前記支持部材は空隙と、空隙内に配置された少なくとも一個のバッフルプレートとを有し、前記ガス通路は、前記支持部材の下面とこれに隣接するバッフルの上面との間の空間にプロセスガスを供給することを特徴とする請求項２に記載の電極アセンブリ。
【請求項４】
前記クランピング部材は、
前記支持部材と対向する主要部を有するリングと、
前記電極の外端部と接触して内側に延出し、前記電極の上面を前記支持部材の下面に対して押圧するフランジと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項５】
前記クランピング部材のフランジは前記クランピング部材の主要部に対して、軸対称の位置がずれていることを特徴とする請求項４に記載の電極アセンブリ。
【請求項６】
前記支持部材は、前記電極の上面の外側部分と前記支持部材の下面との間の空間内にプロセスガスを供給するガス通路を有することを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項７】
前記空間内のプロセスガスは前記反応チャンバ内の処理用ガスよりも圧力が高く、電極を冷却することを特徴とする請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項８】
前記クランピング部材は、前記電極の露出面に隣接する領域内のガス圧をモニタするためのガス通路を有することを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項９】
前記クランピング部材は弾性変形可能な材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記クランピング部材は、セラミック、金属、サーメット及び複合材料からなるグループから選択された非弾性材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記クランピング部材は、前記支持部材との固定に用いられる複数の弾性ボルトを含むことを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記電極は熱伝導性で導電性のディスクを備え、
前記クランピング部材は、誘導性材料からなるリングを有し、
該リングは内向きフランジを有し、
該内向きフランジの上面は前記電極の露出面の外側部分と接触することを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１３】
ディスクは単結晶シリコン、グラファイトあるいは炭化けい素を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１４】
第１の弾性シールが前記電極と前記支持部材の間に配置され、
第２の弾性シールが前記クランピング部材と前記支持部材の間に配置され、
前記第１の弾性シールは前記電極の外端部の周りに延出し、前記第２の弾性シールは前記クランピング部材内のガス通路を囲むことを特徴とする請求項８に記載の電極アセンブリ。
【請求項１５】
プラズマ反応チャンバのシャワーヘッド電極の組み立て方法であって、
下面にプロセスガスを供給するガス通路を有する支持部材と、外端部を有するシャワーヘッド電極とを、シャワーヘッド電極の外端部の上面が支持部材の下面と対向するように配置する工程と、
クランピング部材を前記シャワーヘッド電極の外端部と係合させ、弾性クランピング力によって前記シャワーヘッド電極を押圧する前記クランピング部材を用いて、前記シャワーヘッド電極を前記支持部材に対して取り付ける工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記シャワーヘッド電極を前記支持部材に対して取り付ける際、
前記プロセスガスが前記支持部材の下面と前記シャワーヘッド電極の上面の間の空間に供給され、プロセスガスが前記シャワーヘッド電極と前記支持部材の間で熱を伝導するように取り付けることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記クランピング部材は内側に延出するフランジを有した弾性変形リングを具備し、
前記フランジが前記シャワーヘッド電極の外端部に接触するように前記クランピング部材を配置する工程と、
前記シャワーヘッド電極の外端部が前記支持部材の下面に対して押圧されるように前記弾性変形リングを弾性変形させる工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記支持部材は空隙を有し、
ガス通路が前記支持部材の下面とこれに隣接するバッフルプレートの上面との間の空間にプロセスガスを供給するように、前記空隙に少なくとも一個のバッフルプレートを搭載する工程を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記クランピング部材は弾性変形材料と、複数の離間したボルトとを含み、
前記弾性変形材料を複数の前記ボルトによって前記支持部材に取り付ける工程と、前記弾性変形部材が前記シャワーヘッド電極に対して弾性圧縮されるように前記ボルトを固く締める工程とを更に有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ボルトは弾性変形材料からなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記シャワーヘッド電極は厚さが均一のディスクを具備し、
前記クランピング部材は内側に延出したフランジを有したリングを具備し、
前記フランジの上面が前記シャワーヘッド電極の露出面の外側部分と接触するように、前記クランピング部材を配置する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記クランピング部材は、非弾性変形材料と、該非弾性変形材料を支持部材に取り付るための、弾性変形材料からなる複数の離間したボルトと、を含み、
弾性変形した前記ボルトが、前記支持部材に対して前記シャワーヘッド電極を弾性的にクランプするように、前記ボルトを固く締める工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記クランピング部材は非弾性材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
プラズマ反応チャンバ内におけるウエハ処理方法であって、
ウエハをプラズマ反応チャンバに供給する工程と；
プロセスガスが支持部材の下面から出て、シャワーヘッド電極の下面の露出部分を通過するように、
プロセスガスをプラズマ反応チャンバに設けられた支持部材中のガス通路に供給する工程と、
電力が電極の外端部の上面と支持部材の下面の間の接触ゾーンを通過して、電力によりプロセスガスがウエハの上面と接触するプラズマを形成するように、電力をシャワーヘッド電極に供給する工程と、
シャワーヘッド電極の外端部と係合し、シャワーヘッド電極を支持部材に取り付け、シャワーヘッド電極を支持部材に弾性的に押圧するクランピング部材、に含まれるプラズマ閉じ込めリングを用いて、プラズマをウエハ上部の領域内に閉じ込める工程と、
を含む方法。
【請求項２５】
支持部材は空隙と、該空隙内に位置する少なくとも一個のバッフルプレートとを有し、前記支持部材はプロセスガスを供給するガス通路を有し、
支持部材の下面とこれに隣接するバッフルプレートの上面との間の空間にプロセスガスを供給する工程と、
シャワーヘッド電極の上面の外側部分と支持部材の下面の間の間隙に、ガス通路を介してプロセスガスを供給する工程と、
を有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
シャワーヘッド電極の露出面に隣接する領域内のガス圧を、クランピング部材内のガス通路を介してモニタする工程をさらに有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
ウエハ上の材料層をエッチングするエッチング工程を更に有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記エッチング工程は、ウエハ上の二酸化ケイ素をエッチングすることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ウエハ上の材料層を蒸着させる工程を更に有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、半導体ウエハのプラズマ処理装置に関し、特に、電極が弾性的に支持部材にクランプされた電極アセンブリに関する。本発明はまた、電極組み立て方法およびウエハを電極アセンブリでエッチングする方法に関する。
発明の背景
半導体ウエハの化学的エッチングに関する無数の制約を克服するために、ドライプラズマエッチング、反応イオンエッチングとイオンミリング等の技術が開発されてきた。特に、プラズマエッチングにおいては、垂直エッチング速度を水平エッチング速度よりはるかに高くできるので、エッチング対象素子のアスペクト比（すなわち、ノッチの高さと幅の比率）を適切に制御できる。実際、プラズマエッチングにより、高アスペクト比を持つ非常に細かなフィーチャを厚さが１マイクロメートル近い膜に形成することができる。
プラズマエッチングプロセス時、多量のエネルギを比較的ゆっくりとガスに加え、ガスをイオン化することにより、プラズマがウエハのマスク表面の上方に形成される。エッチングされる基板の電位を調整することにより、プラズマ内の帯電した種は、ウエハ上に向かって適正に衝突する、そしてウエハのマスクのない領域が除去される。
エッチングされる材料との間で化学反応を起こす幾つかのガスを用いれば、更に効果的にエッチングプロセスを実行することができる場合が多い。いわゆる「反応イオンエッチング」はプラズマのエネルギーエッチング効果とガスの化学的エッチング効果を組み合わせたものである。しかしながら、多くの化学的活性化剤は電極を過度に損耗させることがわかっている。
ウエハの表面上にプラズマを均一に分配して、エッチング速度がウエハの表面全体で均一になるようにすることが望ましい。たとえば、米国特許第番号4,595,484、4,792,378、4,820,371、4,960,488には幾つかの電極内に多数のホールを設けガスを散布する、シャワーヘッド電極を開示している。これらの特許には、半導体ウエハに均一な流量のガス蒸気を与えるように調整されたアパチャをガス分散ディスクが備えていることが記載されている。
反応イオンエッチングシステムは一般的に、上部電極あるいはアノード及び下部電極あるいはカソードを有したエッチングチャンバから構成される。カソードはアノード及び容器の壁に対して負にバイアスしている。エッチング対象のウエハは好適なマスクに覆われ、カソード上に直接される。ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣ１Ｆ３とＳＦ６など、あるいはこれらとＯ２、Ｎ２、ＨｅまたはＡｒの混合の化学反応ガスがエッチングチャンバ内に導入されて、典型的にはミリトルの範囲の圧力に保たれる。上部電極はガスホールを備え、これにより電極を介してチャンバにガスを均一に散布する。アノードとカソードの間の電界により、プラズマを形成する反応ガスは分散される。ウエハの表面は、活性化イオンとの化学相互作用と、ウエハの表面にぶつかるイオンの運動量の移動によってエッチングされる。電極によって形成された電界がイオンをカソードに引き付けて、イオンが優先的に垂直に表面と衝突する。このプロセスにより、エッチング後の溝壁は全くの垂直方向を為す。
単一ウエハエッチャー用シャワーヘッド電極アセンブリ１０を図１に示す。このようなシャワーヘッド電極１０は、一般的には、電極１０から１〜２センチメートル離間した位置で８インチのウエハを支持する凸型の底部電極とともに用いられる。底部電極の凸型形状は、ウエハの裏側にＨｅの圧力が印加されることによって生じるウエハの反りを矯正するものである。もし、これを矯正されなければ、プラズマ電界が弱くなり、中央部での熱伝達が弱くなる。底部電極の凸形の程度は３５から５０ミルの範囲であり、ウエハの裏側に印加されるＨｅの圧力を下げ、プラズマとウエハ中央のＲＦ結合を増加させることによって、電極１０の中央部の下方の弱くなったプラズマ電界をさらに補うことができる。
シリコン製の電極１０の外端部の上面はＩｎ半田によってグラファイト製の支持リング１２と冶金結合されている。電極１０は、中央から端部まで均一な厚さを有する平坦なディスクである。リング１２の外側フランジはアルミニウム製のクランピングリングによって、冷却用水路１３を有したアルミニウム支持部材１４にクランプされている。テフロン（登録商標）製の支持リング１８ａとベスペル（登録商標）製の環状差し込み１８ｂからなるプラズマ閉じ込めリング１８は電極の外周を取り囲む。閉じ込めリング１８の用途と機能は、反応チャンバ壁とプラズマ間の電気抵抗を増加させ、それによって上部電極と下部電極間のプラズマを閉じ込めることである。クランピングリング１６は、円形に離間して配置された１２個のステンレススチールボルト１７によって支持部材１４に取り付けられ、プラズマ閉じ込めリング１８は、ボルトクランピングリング１６とねじで固定され、円周上に離間した１６個のリング１６に取り付けられている。放射方向内側に延出したクランピングリング１６のフランジはグラファイト支持リング１２の外側フランジに係合している。こうして、電極１０の露出表面に対して直接クランピング圧力が印加されることはない。
プロセスガスは支持部材１４内の中央ホール２０を介して電極１０に供給される。すなわち、ガスは垂直方向に離間した１つ以上のバッフルプレート２２を通って分散し、電極１０内の（図示しない）ガス分散ホールを通過して、プロセスガスを反応チャンバ内に均一に分散する。リング１２と支持部材１４の熱伝導を高めるために、プロセスガスの一部はガス通路２７を介して供給され、支持部材１４内の小さな環状グルーブを充填する。また、閉じ込めリング１８内のガス通路２６により、反応チャンバ２４内でモニタできるような圧力に調整する。圧力下で支持部材１４とリング１２の間にプロセスガスが保つために、第１のＯリングシール２８が支持リング１２の放射方向内側の表面と支持部材１４の放射方向外側の表面の間に設けられ、第２のＯリング２９がリング１２の上面の外側部分と支持部材１４の下面との間に設けられる。
シリコン電極１０を支持リング１２と結合させるプロセスでは、その結合温度にまで電極を加熱することが必要となり、シリコン電極１０とグラファイトリング１２との熱膨張係数の違いによって生じる電極の反りやひび割れの原因となりうる。また、ウエハが半田の粒子や気化した半田によって汚染され、電極１０とリング１２の接合点からあるいはリング自身から汚染が生じることもある。又、電極の温度が半田を溶解させる程高温となることがあり、電極１０の一部あるいは全体がリング１２から分離することにさえありうる。しかしながら、電極１０がリング１２から部分的に分離すると、リング１２と電極１０間の電気的あるいは熱的動力伝達の局所変動により、電極１０の下部のプラズマ密度が不均一になってしまう。
発明の要旨
本発明は、ウエハ処理に用いるプラズマ反応チャンバの電極アセンブリを提供する。電極アセンブリは反応チャンバ内で処理されるウエハと対面する下面を持った支持部材と、電極と、クランピング部材と、を有する。電極はウエハと対面する下面を有し、電極の外端部の上面が支持部材の下面と対面する。クランピング部材は、電極の外端部と係合し、電極を支持部材に対して押圧する弾性クランピング力を与える。
本発明の好ましい実施例によれば、電極はシャワーヘッド電極を具備し、支持部材はプロセスガスを電極の上面に供給するガス通路を含む。この場合、支持部材は任意に、空隙と、空隙内に位置する１個以上のバッフルプレートとを有していてもよい。これにより、ガス通路が支持部材の下面と最上位のバッフルの上面との間の空間に第１の圧力でプロセスガスを供給する。支持部材はまた、電極の上面の外側部分と支持部材の下面との間の間隙に、第１の圧力よりも高い第２の圧力で、プロセスガスを供給するための、しぼり穴を持つガス通路を有していてもよい。間隙の反対側の一対のシール、たとえばＯリングなどを、電極と支持部材との間に配置して、シールが電極の外端部の周りに延出するようにしてもよい。電極は均一なあるいは不均一な厚さのシリコンディスクを具備し、クランピング部材は、電極の露出面の外側部分に対して押圧する放射方向内側に延出したフランジを有した誘電材料からなるリングを具備してもよい。
好ましい実施例において、クランピング部材は電極の外端部と接触する放射方向内側に延出するフランジを有して、電極の外端部を支持部材の下面に対して押圧するリングを具備する。クランピング部材は、電極の露出面に隣接する領域内のガス圧をモニタするガス通路を有していてもよい。Ｏリングシールなどのシールを、クランピング部材と支持部材の間に設けて、シールがクランピング部材内のガス通路を囲むようにしてもよい。弾性クランピング力を持つように、クランピング部材はプラズマ反応チャンバのプラズマ環境下で安定した圧縮性合成樹脂からなるようにしてもよい。あるいは、クランピング部材を、圧縮性合成樹脂からなる複数のボルトなどの圧縮性部材によって、支持部材に取り付けられる非圧縮性材料からなるようにしてもよい。
本発明はまた、プラズマ反応チャンバのシャワーヘッド電極の組み立て方法を提供する。この方法は、支持部材の下面にプロセスガスを供給するガス通路と、外端部を有するシャワーヘッド電極とを有し、シャワーヘッド電極の外端部の上面が支持部材の下面と対面するような支持部材を配置する工程を有する。この方法はさらに、クランピング部材をシャワーヘッド電極の外端部と係合させて、シャワーヘッド電極を支持部材に取り付け、クランピング部材がシャワーヘッド電極に対して押圧する弾性クランピング力を有するようにする工程を有する。
本発明はまた、プラズマ反応チャンバ内におけるウエハ処理方法を提供する。この方法は、ウエハをプラズマ反応チャンバに供給する工程と、プロセスガスをプラズマ反応チャンバに設けられたガス通路に供給して、プロセスガスを支持部材の下面に存在させて、シャワーヘッド電極の露出面をプロセスガスが通過するようにする工程とを有する。この方法はさらに、電力をシャワーヘッド電極に供給して、電力が電極の外端部の上面と支持部材の下面の間の接触ゾーンを通過して、電力によりプロセスガスがウエハの上面と接触するプラズマを形成するようにする工程を有する。このプロセスはまた、シャワーヘッド電極の外端部と係合して、シャワーヘッド電極を支持部材に取り付けるクランピング部材によって、プラズマをウエハ上部の領域内に閉じ込め、クランピング部材がウエハ処理中にシャワーヘッド電極に対して押圧する弾性クランピング力を持つようにする工程を有する。
【図面の簡単な説明】
本発明を以下の図面を参照してさらに説明する。すなわち、
図１は、従来例である、単一ウエハ処理用シャワーヘッド電極アセンブリの側方断面図であり；
図２は、本発明に係るシャワーヘッド電極アセンブリの側方断面図であり；
図３は、図２に示されたシャワーヘッド電極アセンブリの高圧ガス送りの拡大図であり；
図４は、本発明に係る電極アセンブリを利用して、中央ならびに端部の限界寸法（ＣＤ）ラインデータと、プラズマエッチングチャンバの動作の無線周波（ＲＦ）時間との関係を示すグラフであり；
図５は、本発明に係る電極アセンブリを利用した、二酸化けい素をエッチングするエッチング速度および均一性と、プラズマエッチングチャンバの動作のＲＦ時間との関係を示すグラフであり；
図６は、本発明に係る電極アセンブリを利用した、バイアエッチング中のフォトレジストのエッチング速度と、プラズマエッチングチャンバの動作のＲＦ時間との関係を示すグラフであり；
図７は、本発明に係る電極アセンブリを利用した、リン化ホウケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）をエッチングする速度および均一性と、プラズマエッチングチャンバの動作のＲＦ時間との関係を示すグラフであり；
図８は、本発明に係る電極アセンブリを利用した、コンタクトエッチングプロセス中のフォトレジストのエッチング速度と、プラズマエッチングチャンバの動作のＲＦ時間との関係を示すグラフである。
発明の詳細な説明
本発明の電極アセンブリは、電極をより均一に冷却し、プラズマ閉じ込め性を向上させ、電極の製造および組み立てコストを抑え、規定の限度内に限界寸法（ＣＤ）ラインを保ちながら、電極の中央から外周にわたる高平坦度をもたらすことにより、図１に示される従来技術の電極アセンブリの問題点を克服するものである。電極アセンブリは、ウエハエッチングに特に好適であるが、ＳｉＯ２などの層の蒸着に利用可能である。本発明はまた、電極素子の熱膨張係数の不一致による電極アセンブリ内に生じる応力を減少する。
本発明に係るシャワーヘッド電極アセンブリは図２と図３に示されている。アセンブリは、電極３０と、支持部材３２と、電極３０を支持部材３２にクランプするためのプラズマ閉じ込めリング３４とを有する。円形に離間して設けられた１２個のボルト３５は、支持部材３２と螺合することによってリング３４を支持部材３２に取り付けられている。よって、本発明では、電極３０をグラファイト支持リングに半田固定する必要がなく、図１に示した構成による上記のさまざまな問題を引き起こすことはない。プラズマ閉じ込めに関して、図１のリング１８と比較して、リング３４は電極の外周を取り囲む接地への通路を増やし、プラズマ閉じ込め性をより優れたものにする。
支持部材３２はプロセスガス（たとえば、ウエハ上の二酸化けい素あるいはほかの層の材料をエッチングするのに好適なプラズマエッチングガスなど）を支持部材の下面に送るためのガス通路３６を備えている。プロセスガスはその後、電極３０を通して分散され、処理されるウエハを包み込む。また、支持部材３２には、離間したシャワーヘッドバッフルプレート４０が嵌合される下部へこみ３８が設けられている。支持部材３２にはまた、電極３０に係合する放射方向内側の下面３２ａと、閉じ込めリング３４に最接近した状態を保つ放射方向外側の下面３２ｂとが設けられている。支持部材３２の下面３２ａは、電極３０の上面と接触し、電力を電極３０に与える。
支持部材３２は、上端に、たとえば単一ウエハプラズマエッチングに用いられるタイプといった電極アセンブリをプラズマ反応チャンバの内部に取り付けるための放射方向外側に延出するフランジ４６を有している。アセンブリ条件下で、支持部材３２の上面の同軸冷却溝５２が電極アセンブリの水冷却を行う。
電極３０は、中心から端部まで均一な厚さを有した平坦な部材であって、シリコン（単結晶シリコンなど）、グラファイトあるいは炭化けい素電極ディスクといった導電材料からなることが好ましい。しかしながら、厚さが不均一で、材料が異なり、また／かつプロセスガス分散ホールがない電極もまた、本発明に係る電極アセンブリとともに用いることができる。好ましい実施例において、電極とは、電極によって通電し、電極の下部の反応チャンバ内でプラズマを生成するプロセスガスを供給するのに好適なサイズと分配をする（図示しない）離間した複数のガス排出通路を備えたシャワーヘッド電極である。
プラズマ閉じ込めリング３４は、放射方向内側に延出するフランジ５０を備え、そのフランジ５０の上面は電極３０の露出面の外側部分に対して弾性クランピング力を与える。閉じ込めリング３４は、プラズマ環境下で安定した耐熱、熱硬化性プラスチックなどの誘電材料（ジュポン社製ベスペル（登録商標）など）で作られるのが好ましい。しかし、アルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化けい素、炭化けい素、他などからなるセラミック材料といったそのほかの材料や誘電性被覆金属もリング３４に用いることもできる。
リング３４と支持部材３２との間で電極３０を弾性的にクランプするように、プラズマ閉じ込めリング３４を支持部材３２に固定することが好ましい。たとえば、リング３４がベスペル（登録商標）からなる場合、ボルト３５を弾性圧縮するのに十分な量で、室温で固く締めてもよい。ウエハ処理時、リング３４と、電極３０と、支持部材３２は、高温になり異なる熱膨張を示すかもしれない。しかし、リング３４は弾性圧縮されているので、リング３４は弾性的なクランピング力をもたらし、ウエハを処理するときにこれらの構成要素が経験する全温度サイクルを通じて、支持部材３２に対して電極３０を押圧する。
好ましい実施例によれば、リング３４とボルト３５はベスペル（登録商標）のような弾性変形材料からなる。しかしながら、リング３４は、ボルト３５が弾性変形材料からなるのであれば、非弾性材料であってもよく、またその逆でもよい。この構成では、リング３４とボルト３５が弾性変形するので、これらの構成要素内にエネルギーを蓄積し、電極３０と、支持部材３２と、閉じ込めリング３４と、ボルト３５が熱膨張収縮していても、リング３４は十分なクランピング力を保つことが可能になる。比較的柔らかく、圧縮可能な材料をリング３４と長いボルト３５に用いれば、これらの構成要素は電極３０に対して柔らかな接触を保ちつつ大きく変形することができ、よって電極３０の損傷を回避することができる。好ましい実施例において、ベスペル（登録商標）製のボルト３５はサイズが１／４−２０であり、固く締められると、ボルト３５にそれぞれ約１００  ｌｂｓの負荷がかかる。すなわち、各ボルトはその引張強度の約１／４（１２，５００ｐｓｉ）までの応力をかけられる。その負荷では、約０．０３２インチのたわみ全体に対して、ボルトは約０．０２０インチ弾性変形し、リング３４は約０．０１２インチ弾性変形する。リング／ボルトシステム全体がそれぞれの線形弾性範囲内に保たれるので、Ｓｉディスクあるいはリング／ボルトシステムの熱膨張収縮時に、リング３４はＳｉディスクに対して十分なクランピング力を維持することになる。
支持部材３２の裏側から螺合された（図示しない）穴あきボルトに対し、好適な方法で接続された好適な圧力センサと協動するプラズマ閉じ込めリング３４内のガス通路５４を通じて、反応チャンバ内の圧力をモニタすることができる。ガス通路５４を囲むＯリング４４によって、支持部材３２とプラズマ閉じ込めリング３４の間がシールされる。電極３０と支持部材３２の間の熱伝導を高めるために、プロセスガスはガス通路５５を通して供給され、電極３０と支持部材３２の間に間隙を形成する支持部材３２内の（図示しない）環状溝内に圧力を付加してこのプロセスガスが保たれる。間隙内に圧力を付加した状態でガスを保つために、内側および外側Ｏリングシール４２、４３がガス通路５５の反対側に同軸上に配置される。
動作時、典型的にはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＡｒとＮ２を含有するフッ化炭化水素（フルオロカーボン）の混合ガスからなるプラズマエッチングガスが、支持部材３２内のガス通路３６に、またガス通路５５に運ばれる。支持部材３２内のガス通路３６を通して運ばれたプロセスガスは、支持部材と上部バッフルプレート４０間の空間内部に分散する。ガスは上部バッフルプレート内の一連の（図示しない）ホールと、それから中央部のバッフルプレートと下部のバッフルプレートと、最後に電極３０に設けられた（図示しない）ガス分配ホールを通過する。このように、プロセスガスは、ウエハを均一にエッチングするために処理対象であるウエハ全体にわたって均一に分配される。
本発明によれば、プラズマ閉じ込めリング３４及び／またはボルト３５に圧縮可能な材料を用いることにより、電極３０が破損する可能性を減らし、温度サイクル中の電極３０と支持部材３２間の熱伝導を高める。更に、電極３０と支持部材３２の間のすぐれた電気的接触を保つことにより、電極３０への電極供給を向上させるという利点が得られる。セラミックあるいは金属リング３４と電極３０間に圧縮性材料からなるリングを介在させることによっても、あるいは金属またはセラミックのリング３４を誘電圧縮性材料で被覆することによっても、同様な効果を得ることができる。
本発明に係る装置は、複数のあるいは単一のウエハ処理において、プラズマエッチング、蒸着などといったウエハ処理に好適である。たとえば、本発明の装置を、ＢＰＳＧ、熱応性二酸化けい素あるいは熱分解酸化物などの酸化物とフォトレジスト材料をエッチングあるいは蒸着させるために用いることができる。図２に示された装置は接触プロファイル、ＣＤ、粒子汚染をサブミクロン程度に維持する。ＢＰＳＧのエッチングに関しては、９０００ＲＦ分を超えるウエハ処理実行過程で、約１３５００Ａ／分のエッチング速度が得られ、しかもエッチング均一性を約５％に保つことができる。一方、図１に示される電極アセンブリでは、わずか２４００ＲＦ分で取り替えが必要となる。二酸化ケイ素を約７０００Ａ／分でエッチングしている間、約３５０Ａ／分にフォトレジストエッチング速度を保つことができる。バイアエッチング処理中のレジストエッチング速度は、６５００ＲＦ分まで安定的に保たれ、その後安定的に減少する。ＣＤライン測定に関して、二酸化ケイ素内にバイアを設けるために２００秒エッチングされたウエハをＳＥＭによって測定すると、開始から終了まで約０．０２マイクロメートルだけ増加する中央ＣＤと、約０．０３マイクロメートルだけ減少する端部ＣＤが得られる。本発明に係る電極アセンブリで達成可能な性能特性を図４乃至図８に示す。特に、図４は、接触エッチング処理におけるレジストエッチング速度と、動作の無線周波分（ＲＦ分）単位の反応動作時間の関係を示している。図５は、ＢＰＳＧエッチング速度とＲＦ分の関係を示している。図６は、バイアエッチング処理におけるレジストエッチング速度とＲＦ分との関係を示すものであり、図７は、二酸化ケイ素のエッチング速度およびエッチング均一性と、ＲＦ分との関係を示すものであり、図８は、ＣＤ端部および中央寸法と、ＲＦ分との関係を示すものである。
以上、本発明の原理、好ましい実施例と動作形態に関して説明を行ってきた。しかしながら、本発明は上記特定の実施例に限定されるものと解釈されるべきではない。よって、上述の実施例は限定的ではなく例証とみなすべきであり、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者であればこれらの実施例をさまざまに変更可能であると理解されるべきものである。
【図１】
0003930048.tif 000002
【図２】
0003930048.tif 000003
【図３】
0003930048.tif 000004
【図４】
0003930048.tif 000005
【図５】
0003930048.tif 000006
【図６】
0003930048.tif 000007
【図７】
0003930048.tif 000008
【図８】
0003930048.tif 000009