JP4817528B2 - 電子ワークピース製造装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般に、陽極と陰極との電極間に印加されるＲＦ電力によって中でプラズマが励起される、電子基板製造用のプラズマチャンバに関する。より具体的には、本発明は、陽極と陰極とが異なる周波数でＲＦ電力を受け、かつ、コンデンサが陰極電極と電気接地との間で接続されているようなチャンバに関する。
【０００２】
【発明の背景】
フラットパネル・ディスプレイや集積回路などの電子デバイスは一般に、基板上に層が堆積されて、その堆積された材料が所望のパターンにエッチングされる一連の処理ステップにより製造される。処理ステップは普通、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）処理とプラズマエッチング処理とを含む。
【０００３】
プラズマ処理には、プラズマチャンバと呼ばれる真空チャンバに処理ガス混合体を供給するステップと、次に電力または電磁力を印加して処理ガスをプラズマ状態に励起するステップとが必要とされる。プラズマはガス混合体を、所望の堆積処理またはエッチング処理を行なうイオン種に分解する。
【０００４】
容量励起されたプロセスチャンバでは、陽極と陰極との電極間に印加されたＲＦ電力によってプラズマが励起される。一般に基板は、陰極電極として機能するペデスタルまたはサセプタ上に設置され、陽極電極が基板から短距離かつ平行に設置される。
【０００５】
一般に陽極電極はまた、チャンバに処理ガス混合体を供給するガス分配プレートとしても機能する。陽極電極は、処理ガス混合体がそこを通って陽極と陰極との間の隙間に流れる、数百または数千の開口部によって貫通している。開口部は、基板に隣接する処理ガス混合体の空間均一性を最大にするよう、ガス分配プレートの表面を隔てて間隔を開けられている。そのようなガス分配プレートは、一般に「シャワー・ヘッド」と呼ばれ、１９８９年８月８日にＣｈａｎｇらに発行され、譲受人に譲渡された米国特許第４，８５４，２６３号の中に記述されている。
【０００６】
プラズマのＲＦ励起は、２電極のうち１つ（すなわち陽極または陰極のいずれか）をＲＦ電源の出力へ接続し、別の電極を電気接地に接続することにより実現する。しかし、多くの通常使用されるプラズマＣＶＤおよびエッチング処理では、陽極電極に接続された高周波ＲＦ電源と陰極電極に接続された低周波ＲＦ電源（またはその逆）によって、２つの異なる周波数で同時にＲＦ励起することが求められる。
【０００７】
陰極電極（サセプタ）と陽極電極（ガス分配プレート）とを接続して電源を分離し、いずれの電極も電気的に接地させないようにすると、これら電極の１つと、電気的に接地されたチャンバ壁といった電気的に接地されたチャンバ要素との間でＲＦ電力が結合することがあり、そのため処理能力が低下する危険性があることを我々は見出した。これは、ＲＦ電力が所望のプラズマＣＶＤ処理またはエッチング処理を行なう必要のある、サセプタとガス分配プレート間の領域からＲＦ電力を外してしまう。窒化シリコンや酸化シリコンなどの膜を堆積するＣＶＤ処理の場合、サセプタ背後またはサセプタに並ぶプラズマにこのようなＲＦ電力の進路変更が起こると、引張り膜応力、低密度、および過剰な水素含量など、望ましくない特性を持つ膜が作り出される危険性があることを我々は見出した。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、チャンバ内の２電極間に設置される電子ワークピースまたは基板を作成するためのプラズマチャンバ装置および方法である。低周波ＲＦ電源が第１の電極に電力を供給し、高周波ＲＦ電源が第２の電極に電力を供給する。
【０００９】
従来の設計とは異なり、本発明はさらに第１の電極と電気接地との間に接続された１つ以上のコンデンサを含む。１つ以上のコンデンサは、高周波ＲＦ電力と、２電極が直接はさむ領域の外にあるいかなるプラズマとの結合も縮小または排除できる。その結果、本発明は２電極間の領域でＲＦ電力をより集中させることにより、プラズマ処理の能力を向上することが可能である。特にＣＶＤ処理において、本発明は、高密度、引張り応力ではなくて望ましい程度の圧縮応力、およびその他の望ましい膜特性を有する膜の堆積を可能にする。
【００１０】
本発明は、ワークピースまたは基板が、第１の電極上またはそれに隣接して設置された、フラットパネル・ディスプレイ製造用ガラス基板などの誘電材料であるときに、特に有益である。半導体基板と比較して、誘電基板は第１の電極とプラズマ体との間により大きなＲＦインピーダンスを介在させるので、第１の電極に並ぶかまたは背後かの選択的ＲＦ電流路を通ってＲＦ電力が結合されることにより、二次プラズマ体を形成する危険性が増加する。
【００１１】
本発明はまた、フラットパネル・ディスプレイの製造に使用される５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上の基板など、ワークピースが非常に大きい場合に特に有益である。より大きな基板に対して、本発明の好適な実施例では、第１の電極の周囲または裏面を覆って分布する接触域にそれぞれ接続された複数のコンデンサを採用する。
【００１２】
【好適な実施例の詳細な説明】
【プラズマチャンバ】
図１は、本発明にしたがって陰極電極と接地との間に接続されたコンデンサを含むプラズマチャンバを表わす。本発明の詳細を記述する前に、従来のチャンバの特徴について説明する。
【００１３】
本発明は、プラズマチャンバ内で、シリコン・ウェーハやフラットパネル・ディスプレイ用のガラス基板など、任意の種類の電子基板またはワークピースを作成または処理するのに有用である。例示されているチャンバは、ガラス基板上で膜のプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）が実施されるよう設計されている。しかしながら本発明はまた、チャンバ内で、プラズマエッチングなど、その他のプラズマ支援処理を実施するのにも有用である。
【００１４】
プラズマチャンバまたは真空チャンバは、チャンバ内部の側面および底面を囲み、また電気的に接地されたハウジングまたは壁１０を有する。金属ペデスタルまたはサセプタ１２は陰極電極として働き、ワークピースまたは基板１４を支持する前面１３を有する。サセプタの反対面を、その背面１５と呼ぶ。
【００１５】
選択的に、ワークピースは直接サセプタに接する必要はなく、たとえば図示されない複数のリフト・ピンによって、サセプタの前面から短距離に保持される。ワークピースを所定位置またはサセプタの前面近くに保持するためにいかなる手段が使用されても、我々は「チャック」という用語を用いて表わす。ワークピースが単純にサセプタ上に置かれる場合、サセプタ自身がチャックである。より一般的には、ワークピースは締付けリングまたはワークピース周囲を覆って置かれる長方形シャドウ・フレームによって、あるいはサセプタに埋め込まれた静電チャックによってサセプタ上に保持される。
【００１６】
中空の円筒状金属導管または軸１６が、サセプタの中央から下に向って延び、チャンバの底壁を貫いて通っている。導管または軸の主な働きは、サセプタ内に埋め込まれる電気ヒータおよび／または静電チャックに電力を供給する配線を囲むことである。
【００１７】
例示されている好適実施例では、サセプタ中央軸１６が絶縁体を介することなく直接サセプタに取りつけられ、したがって軸はＲＦ高圧(RF hot)であり、ＬＦ電源をサセプタに接続するＲＦ伝送線の一部として機能する。軸は以下で説明される円筒型誘電体８１によって、電気的に接地されたチャンバ壁から電気的に絶縁されている。図示されない代替設計としては、軸を電気的に接地し、軸とサセプタとの間の絶縁スペーサによって軸をサセプタから絶縁するものがあろう。その場合、ＲＦ伝送線は中空軸の中に備えられ、ＬＦ電源をサセプタに接続する。
【００１８】
チャンバ内部は上端において、その中央にガス・インレット・マニホールドが取り付けられた取外し可能なリッド１８により囲まれている。ガス・インレット・マニホールドは、穴の開けられたガス分配プレートすなわちシャワーヘッド２０、インレット・マニホールド側壁２２、および受け板２４を含む。ガス分配プレートは、数百または数千もの開口部に穴が開けられ、また、導電性材料で構成されるので、陽極電極として機能することができる。ガス・インレット・マニホールドがＲＦ電力を受けられるようにするため、ガス・インレット・マニホールド２０〜２４は絶縁スペーサ２６によって、電気的に接地されたリッド１８およびチャンバ壁１０から絶縁されている。
【００１９】
処理ガスは受け板内のガス注入開口部２８を通じてガス・インレット・マニホールドへ供給される。その後、ガスはガス分配プレート中の開口部を通じて、ガス分配プレートとサセプタ１２との間のチャンバ内部の領域へ入るように流れる。
【００２０】
ＲＦ電力は、２つの異なるＲＦ周波数で動作する２つのＲＦ電源によってチャンバ内のガスに供給される。ＨＦ電源と呼ばれる高周波ＲＦ電源３０用の典型的な動作周波数は１３ＭＨｚである。「バイアス」またはＬＦ電源と呼ばれる低周波ＲＦ電源３２用の典型的な動作周波数は４００ｋＨｚである。
【００２１】
各電源は、１つが電気的に接地されている２つの出力端子間に出力電圧を発生する。各電源の接地出力端子は、電気的に接地されたチャンバ壁１０に接続される。例示されているＣＶＤチャンバでは、ＬＦ電源３２の接地されていない出力端子は、陰極電極として機能するサセプタ１２に電気的に接続される。ＨＦ電源３０の接地されていない、すなわち「高圧の」出力端子は、陽極電極として機能するガス分配プレート２０に電気的に接続される。（図１に示されるように、ＨＦ電源をガス分配プレート２０に電気的に接続するＲＦケーブルは受け板２４に物理的に接続することができ、受け板２４は導電性マニホールド側壁２２を通じてガス分配プレートに電気的に接続される。）
【００２２】
いくつかの半導体製造工程、特にエッチング工程では、例示されているＣＶＤチャンバに関してＨＦ電源およびＬＦ電源が交換される。すなわちＨＦ電源およびＬＦ電源は、それぞれ陰極電極（サセプタ１２）および陽極電極（ガス分配プレート２０）に接続される。
【００２３】
ＬＦ電源３２とそのインピーダンス整合ネットワークの設計によって、ＬＦ電源と陰極電極１２との間に低域通過フィルタ３３を直列に接続することが必要な場合がある。そのような低域通過フィルタがないと、ＨＦ電力がＬＦ電源の整合ネットワークを乱したり或いは整合ネットワークに摂動を発生させたりして、インピーダンス整合の達成を妨げることがある。低域通過フィルタはＨＦ電力がＬＦ電源に結合されることを阻止するよう、ＨＦ電源およびＬＦ電源の周波数間に遮断周波数を持たなくてはならない。
【００２４】
ＬＦ電力がＨＦ電源に結合されることを阻止するために、ＨＦ電源と陽極電極との間に高域通過フィルタ３１を挿入することも出来る。高域通過フィルタは、以下に説明するＣＶＤ処理のように、ＬＦ電力レベルがＨＦ電力レベルよりもはるかに低い場合には必要ない。
【００２５】
陰極電極（サセプタ１２）と陽極電極（ガス分配プレート２０）との間に印加されるＲＦ電力は、２電極間の領域にその領域中のガスをプラズマ状態に励起する電磁場を発生する。プラズマは処理ガス混合体から、ワークピース上の露出した材料と反応して所望の堆積またはエッチング処理を行なう反応種を生じる。
【００２６】
図示されない真空ポンプがチャンバ内を望ましい真空レベルに維持し、環状排気スリット３６を通じて処理ガスや反応生成物をチャンバから、次に環状排気プレナム３８内へ、次いで図示されない排気導管を通って、ポンプへ排気する。
【００２７】
（この特許明細書全体を通じて、「環状」という用語は円形の周囲を有する物体に限らず、２つの同軸の閉じた経路によって境界付けられたいかなる物体をも意味するものとする。例示されたチャンバは長方形基板を作成するよう意図されているため長方形の断面を有しており、したがって環状排気スリットや環状排気プレナムは長方形の内周囲および外周囲を有する。）
【００２８】
電動リフト機構８０〜８８がサセプタを低位置（図示されず）に移動し、同時にワークピースはチャンバの中へ、またはチャンバの外へ出されて上位置へ移送され（図１）、同時にプラズマ処理がワークピース上で実施される。特にサセプタ１２は、セラミック支持棚８０によってその中央に支持される。支持棚は、サセプタ軸１６を取り囲みチャンバ底壁の開口部を通じて下へ向って延びる円筒形中央部分８１を含む。支持棚の中央部分８１は可動リフト・プラットフォーム８２の上に置かれる。図示されないモータが、リフト・プラットフォームを固定床板８４に対して制御可能に上下移動させ、それによってサセプタ１２とサセプタ軸１６とを上昇および降下させる。
【００２９】
ベローズ８６及びＯリング８８は、サセプタ軸１６の垂直運動に合わせて、軸が延びているチャンバ壁の開口部の周囲に真空シールを供する。
【００３０】
上述されるチャンバ要素はすべて、チャンバ内で行なわれる半導体製造処理を汚染せずに且つ処理ガスによる腐食に耐える材料によって構成されなくてはならない。陽極酸化アルミニウムは、セラミック・スペーサ２６およびリフト機構のセラミック要素８０〜８４以外の、すべての要素に対して望ましい材料である。
【００３１】
上述のプラズマチャンバの全部分は従来のものである。従来プラズマＣＶＤおよびエッチングチャンバの設計および動作は、以下の譲受人に譲渡された米国特許に説明されており、そのそれぞれの全内容がここに、この特許明細書の中で参照により組み込まれる。すなわち、１９８９年８月８日発行のＣｈａｎｇらに対する米国特許第４，８５４，２６３号、１９９４年１０月１８日発行のＮｇｕｙｅｎらに対する米国特許第５，３５６，７２２号、１９９８年５月２６日発行のＷａｎｇらに対する米国特許第５，７５５，８８６号、１９９８年６月３０日発行のＣｈａｎｇらに対する米国特許第５，７７３，１００号、１９９８年１２月１日発行のＷｈｉｔｅらに対する米国特許第５，８４４，２０５号、および２０００年２月１５日発行のＬａｗらに対する米国特許第６，０２４，０４４号である。
【００３２】
【サセプタと接地間に接続されたコンデンサ】
従来のプラズマチャンバと異なり、我々のものはサセプタ１２（すなわち陰極電極）と電気接地との間に接続された１つ以上のコンデンサ５０〜５４を含む（図１および２参照）。これらコンデンサは、ＲＦ電力が陰極背後または陰極周囲外でいかなるプラズマと結合することも縮小、または排除する。言い換えれば、コンデンサはそのような不要なプラズマの強度を減少し、好ましくはゼロにする。これによって、処理ガスが中に分配される領域、すなわちサセプタ（陰極電極）とガス分配プレート２０（陽極電極）との間の領域で、ＲＦ電力をより集中することで、チャンバ内で実施される化学処理の能力が向上する。我々はまた、コンデンサがそのような領域内におけるプラズマの空間均一性を向上させて、低プラズマ濃度または高プラズマ濃度の局所領域を最小化するか或いは取り除くことができ、それによってワークピース上で実施される堆積またはエッチング処理の空間均一性が向上され得ることを見出した。特に誘電ＣＶＤ処理では、この向上されたＲＦ電力濃度および均一性によって、引張り応力ではなく望ましい程度の圧縮応力、高密度、およびその他の望ましい膜特性を有する膜の堆積が可能となる。
【００３３】
陰極電極と接地との間にコンデンサのない従来のプラズマチャンバでは、ＨＦ信号の周波数での陰極から接地への経路のみがＬＦ電源３２の出力インピーダンスであった。我々の発明では、コンデンサ５０〜５４が、ＨＦ電源３０の周波数で低いインピーダンスを有する陰極から接地への経路を提供する。我々の発明は特定の動作原理に限定されるわけではないが、コンデンサ５０〜５４によりもたらされる、接地へのこの低インピーダンスの経路が、陰極とチャンバ壁１０の近接領域との間でＨＦ電圧を減少し、それによってサセプタと、陰極背後または陰極周囲外のいかなるプラズマとの間のＨＦ電力の結合をも、縮小または排除すると我々は考える。
【００３４】
本発明は、ワークピースまたは基板１４がフラットパネル・ディスプレイ製造用のガラス基板などの誘電材料である場合に、特に有益である。具体的には、そのようなワークピースは一般に、ガラスなどの誘電基板上に形成された多数の半導体層、導体層、および誘電層から構成される。したがってワークピースの大部分の材料は誘電物質である。半導体基板と比較して、誘電基板はより大きなＲＦインピーダンスを、陰極電極１２とプラズマ体との間に介在させるので、陰極電極に並ぶかまたはその背後かの選択的ＲＦ電流路を通ってＲＦ電力が結合されることにより、二次プラズマ体を形成する危険性が増加する。
【００３５】
その電気インピーダンスという点から広く定義すれば、サセプタと接地との間に接続されるコンデンサ５０〜５４の複合静電容量値は、ＨＦ電源３０の周波数でのサセプタと接地間の電気インピーダンスを、静電容量がない場合の前述のインピーダンスと比較して、実質的に減少させるのに充分なほど大きくなくてはならない。好ましくは、複合静電容量は、ＨＦ周波数でサセプタと接地との間に事実上直接に電気接続を提供するのに充分なほど大きい値であるべきである。
【００３６】
陰極電極と陽極電極間の望ましいプラズマへの効果という観点から広く定義すれば、静電容量は、前述のプラズマの強度が、静電容量がない時にその強度がとる値に比べて実質的に増加するのに充分なほど、大きくなくてはならない。
【００３７】
あるいは、不要なプラズマへのその効果という観点から広く定義すれば、静電容量は陰極電極の背後または陰極電極の周囲外の、いかなるプラズマの強度も、静電容量がない時の前述のプラズマ強度に比較して実質的に減少するだけ、充分に大きくなくてはならない。
【００３８】
いずれにしても、複合静電容量５０〜５４は、ＬＦ電源３２の周波数で陰極１２と接地との間の電気インピーダンスが非常に低くなり、ＬＦ電源３２とそのインピーダンス整合ネットワークとが実質的にＲＦ電力をサセプタと結合することが出来ないほど、大きくすべきではない。言いかえれば、静電容量は、ＬＦ周波数でサセプタを接地に電気的に短絡するほど大きくすべきではない。
【００３９】
さらに我々は、陰極電極と接地との間に接続されたコンデンサの複合静電容量値が一般に、陰極電極と陽極電極とのすぐ間の領域におけるプラズマ濃度の空間均一性を最大にする最適値を持つことを見出した。以下に説明されるように、この最適な静電容量値は好ましくは、所望の処理能力パラメータを最適化し、かつプラズマ不均一性を最小にするよう、すなわち比較的高濃度または低濃度のプラズマが局所集中する領域を最小にするよう、経験的に決定されるべきである。
【００４０】
複合静電容量５０〜５４が、ＬＦ電源の周波数よりもＨＦ電源の周波数のほうでより十分に低いインピーダンスを有することができるように、該２つの電源の周波数は少なくとも２倍異なっていることが好ましく、少なくとも１０倍異なっていることがより好ましい。
【００４１】
我々の、発明の本好適実施例は、電気接地とサセプタ中央との間に接続されたコンデンサ５０と、サセプタの背面１５の四隅各々と電気接地との間に接続される追加の４つのコンデンサ５１〜５４とを含む。５つのコンデンサのそれぞれは、好ましくは柔軟かつ導電性のそれぞれのストラップ６０〜６４によってサセプタに接続される（図１〜２を参照）。導電性ストラップは先述のように、軸およびサセプタの垂直移動に対応するために柔軟である。たとえば各ストラップは、柔軟で、軸およびサセプタの全移動範囲に対応するだけ充分に薄くて長い、曲げやすい金属のシートまたはバンドであってよい。我々の試作例では、各ストラップは約０．５インチ幅、１／１６インチ厚さのアルミニウム帯であった。
【００４２】
すべてのコンデンサは高電力ＲＦに使用するために設計されたセラミックタイプであり、コンデンサ端子のネジ山を通してネジによって電気接続されている。各隅のコンデンサ５１〜５４の１端子はチャンバの電気的に接地された底壁にボルトで留められ、それによって各コンデンサは、処理ガスに露出されるコンデンサの表面領域を最小にするためにチャンバ壁に接触する。各隅のコンデンサの各端子は、サセプタの背面１５にボルトまたはクランプで固定された対応する金属ストラップ６１〜６４にボルト締めされる。我々の試作例では、湾曲した側部を持つ４つのアルミニウムのブロック６６がそれぞれサセプタの４つの隅にボルトで固定され、各金属ストラップ６１〜６４がサセプタとブロックの１つとの間に挟まれている。ボルトは、ブロックが金属ストラップをサセプタにしっかりと固定するように締めつけられる。
【００４３】
４本の柔軟かつ導電性のストラップ６１〜６４が取り付けられたサセプタ１２の４隅の各々に低インピーダンスの接触域を提供するために、我々はアルミニウムサセプタを陽極酸化する前に接触域をマスキングし、それによって４隅のそれぞれの接触域にきれいなアルミニウムが露出された。図２は４本のストラップ６１〜６４がサセプタの裏面に取りつけられる接触域を表わす。４本のストラップに接続された４つのコンデンサ５１〜５４が概略的に示される。図２はまた、以下に説明するように、柔軟かつ導電性のストラップ６０と中央軸１６とを通じてサセプタの中央に接続された可変コンデンサ５０を概略的に示している。
【００４４】
別の方法として、ストラップをサセプタの背面１５に接続する代わりに、ストラップを４隅のそれぞれに近いサセプタの周囲面１９に接続することも出来る。
【００４５】
別の可能な実施例は、４つのコンデンサ５１〜５４の代わりに、１つのコンデンサのみを、電気接地されたチャンバ壁にボルト締めすることであろう。その１つのコンデンサは、サセプタの各４隅に接続する４本のストラップ６１〜６４の各々に接続される。
【００４６】
上記のように、サセプタ支持軸１６はいかなる絶縁体も介在させずにサセプタに直接に取り付けられ、したがって軸はＲＦ高圧であり、ＬＦ電源をサセプタに接続するＲＦ伝送線の役割を果たす。したがって中央コンデンサ５０は、コンデンサを軸に接続することによって事実上サセプタの中央に接続することが出来る。さらに軸の接続は、チャンバ真空の外となるように、真空シール（ベローズ８６およびＯリング８８）下方の軸の下部に対して成されてもよい。このことが、中央コンデンサをチャンバ壁の裏面上に、あるいはチャンバ内部の真空の外にあるその他の電気的接地された要素に、設置することを可能にする。チャンバ内プラズマへの中央コンデンサのいかなる露出も避けることが望ましく、それは中央コンデンサに大きな可変コンデンサを使用することを促進する。軸の垂直移動に対応するために、中央コンデンサは、その他のコンデンサをサセプタに接続するストラップ６１〜６４に類似の、柔軟な金属ストラップ６０を使用して軸に接続されることが望ましい。
【００４７】
発明はまた、中央コンデンサ５０のみにより、隅のコンデンサ５１〜５４なしで実施されてもよく、あるいは中央コンデンサなしで隅のコンデンサのみにより実施されてもよい。隅の（または周囲の）コンデンサと、サセプタ中央または中央付近に接続されるコンデンサとの間の比は、ワークピース１４に実施される堆積処理またはエッチング処理の空間均一性に影響する。ワークピースの幅または表面積が大きくなるほど、ワークピースに実施される半導体製造処理の空間均一性の所定レベル達成に必要であると予想されるコンデンサの数が増える。我々が試験した５５０ｍｍ×６５０ｍｍのサセプタよりも大きいサセプタに対しては、サセプタ周囲の周りに空間的に分布する点に、あるいはサセプタの背面を覆って空間的に分布するその他の点にさえも、コンデンサを追加して接続することが望ましい。
【００４８】
ＨＦ電源およびＬＦ電源の周波数がそれぞれ１３．５６ＭＨｚおよび４００ｋＨｚであった我々の好適な実施例で、我々はそれぞれ１５０ｐｆから３００ｐｆの３つまたは４つの隅コンデンサと、３００ｐｆから１７００ｐｆの範囲の中央コンデンサとで良好な結果を得た。すなわち、複合静電容量は７５０ｐｆから３０００ｐｆの範囲であった。
【００４９】
好ましくは、ＬＦ電源３２は、プラズマチャンバ内でアークを起こす危険性がある出力の急上昇を防ぐために、最初に電源が入れられたときに（負荷出力ではなく）順出力をゆっくりと上昇するようにプログラムされた電源レギュレータを含むべきである。
【００５０】
比較的高いＲＦ出力レベルでは、プラズマの非均一性、すなわちホットスポットなどの、比較的低濃度または高濃度のプラズマが局所集中する領域を防ぐよう、プラズマ濃度の空間均一性を最大にする最適なコンデンサ値を選択することがより重要であろう。たとえば、２８００ワット〜４５００ワット範囲の２つの電源からのＲＦ出力を使用する試験で、我々は４００ｐｆ〜１７００ｐｆの可変コンデンサであった中央コンデンサ５０の値を調節することによって、複合静電容量を調節した。我々は、あまりにも低い静電容量は、サセプタ支持軸の底付近またはシャワーヘッド２０の隅付近のプラズマに、明らかに目に見えるホットスポットを生じる可能性があることを見出した。逆に我々は、あまりにも高い静電容量は、チャンバの底付近または隅のコンデンサに接続された接地ストラップ５５付近の、その他の領域のプラズマにホットスポットを生じる可能性があることを見出した。
【００５１】
我々は、図１に示すプラズマチャンバで、通常フラットパネル・ディスプレイを作成するのに使用されるタイプの５５０ｍｍ×６５０ｍｍの長方形ガラス基板上にシリコン窒化誘電膜を堆積する別の従来のＣＶＤ処理を用いて、本発明を試験した。ＨＦ電源およびＬＦ電源の周波数はそれぞれ、１３．５６ＭＨｚおよび４００ｋＨｚであった。処理ガス流量はＳｉＨ4が４００ｓｃｃｍ、ＮＨ3が１４００ｓｃｃｍ、およびＮ2が４０００ｓｃｃｍであり、チャンバ圧力は１．５〜１．８Ｔｏｒｒであった。
【００５２】
隅のコンデンサ５１〜５４の各々は１５０ｐｆであり、我々は中央軸コンデンサ５０の４つの異なる値を試験した。２つの電源によって供給される全ＲＦ電力は２８００Ｗであり、それは２４００ワットＨＦと４００ワットＬＦであるか、或いは２６００ワットＨＦと２００ワットＬＦのいずれかであった。
【００５３】
それぞれ中央コンデンサが３００ｐｆ、６００ｐｆ、および９００ｐｆの別々の３試験で、堆積速度は１４６０Å／ｍｉｎから２２１０Å／ｍｉｎへと次第に増加し、ウェットエッチング速度は８９３Å／ｍｉｎから３７５Å／ｍｉｎへと次第に減少し、膜応力は＋２．６×１０9（引張）ｄｙｎｅ／ｃｍ2から−４．３×１０9（圧縮）ｄｙｎｅ／ｃｍ2へと変化した。基板周囲の外側２０ｍｍを除き、膜厚均一性は最初の２つの場合では１４％、最後の場合では４％であった。よって、９００ｐｆ中央コンデンサが最良の結果を生んだ。
【００５４】
同じ一連の試験で、中央コンデンサをさらに１２００ｐｆまで増加したが、４つの隅コンデンサのうち１つを取り除いた。意外にも、試験結果の多くが３００ｐｆの中央コンデンサの結果よりも悪いものであった。堆積速度は１１６０Å／ｍｉｎまで落ち、ウェットエッチング速度は１２９５Å／ｍｉｎまで増加し、応力は＋３．６５×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2まで増加した。この試験結果によって、総静電容量の最適値と共に、中央コンデンサ静電容量の、周辺（たとえば隅）のコンデンサ静電容量に対する最適比も求める経験的試験の実施が望ましいことが例証された。
【００５５】
実際には、プラズマ・インピーダンスはＲＦ電力、チャンバ圧力、処理ガス流量、およびチャンバ要素の寸法および形状などの処理パラメータの関数として大きく変化する。したがって、陰極電極と接地との間に接続される複合静電容量の最適値は経験的に選択されるべきである。さらに、堆積またはエッチングされる膜の厚さが処理中に次第に増加または減少し、またプラズマ中の反応物および反応副産物の割合も処理中に変化し得るため、プラズマ・インピーダンスは、ワークピース上への堆積またはエッチング処理の実施中に変化する。したがって、いくつかの処理では、任意のワークピース上で処理を実施中に、コンデンサ５０〜５４のうちの１つ以上を調節することによって、サセプタと接地間の総静電容量の値を段々と調節することが望ましいであろう。
【００５６】
たとえば、上述のシリコン窒化物ＣＶＤ処理の試験で、中央コンデンサについて試験したすべての固定値に対して、プラズマがかなり非均一であってプラズマ中にホットスポットが目に見えて明らかであるような、ＣＶＤ処理実施中の時間間隔があることを、我々は見出した。したがって、このＣＶＤ処理に関しては、堆積シリコン窒化膜の厚さがＣＶＤ処理中に次第に増加するのにつれて、コンデンサの少なくとも１つの値を漸次調節することが好ましかったと考える。
【００５７】
したがって、我々の好適実施例は、陰極電極と電気接地との間の総静電容量５０〜５４を集合的に決定する１つ以上の可変コンデンサの設定を制御するサーボ・モータに電気制御信号を定期的に送る、プログラム可能なマイクロプロセッサなどの制御回路７０を含む。上記のように、我々は５つのコンデンサのうち１つのみ、すなわち４００ｐｆ〜１７００ｐｆの可変中央コンデンサ５０を調節することによって、総静電容量を調節することが最も容易であると考える。制御装置は、堆積時間の関数か或いはプラズマ処理によって堆積される（あるいはエッチングされる）層の厚さの関数として、中央コンデンサの静電容量値を漸次変化させるよう、モータに命令を出す。
【００５８】
静電容量を変化させる量は、プラズマ・ホットスポットを避け、堆積された膜の品質が最高になるように経験的に決定されることが望ましい。特に、時間または層厚さの関数としての最適静電容量値は、プラズマ中で目に見えて明らかであるか或いは検出可能なホットスポットの発生を避けるのに必要な範囲で静電容量を手動で調節することにより、堆積またはエッチング処理の実施中に経験的に決定することが出来る。経験的に決定された一連の静電容量値は、次に制御装置７０中にプログラムステップとして格納することが出来る。
【００５９】
あるいは堆積またはエッチング処理の実施中、プラズマのＲＦインピーダンスを可能な限り一定にするように、静電容量を調節することも出来る。プラズマ・インピーダンスは２つのＲＦ電源のうちの１つの出力における負荷インピーダンスの測定から推論することが出来る。
【００６０】
例示されたＣＶＤチャンバでは、低周波ＲＦ電源３２と接地コンデンサ５０〜５４とが、ワークピース１４が上に設置されるサセプタ電極１２に接続されている。しかし、いくつかのエッチングチャンバなどプラズマチャンバの中には、高周波電源３０が、上にワークピースが設置されるサセプタに接続され、低周波電源は陽極電極２０に接続されるものがある。そのような場合、１つ以上のコンデンサ５０〜５４は、電気接地と、陽極電極、すなわち低周波電源が接続される電極との間に接続されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、接地コンデンサを含むプラズマ・チャンバの部分略側断面図である。
【図２】コンデンサが接続される接触域を表わすサセプタの部分略下面図である。
【符号の説明】
１０ チャンバ壁
１２ サセプタ
１３ サセプタの前面
１４ 基板（ガラス）
１５ サセプタの背面
１６ 軸、サセプタ
１８ リッド
２０ シャワーヘッド
２２ インレット・マニホールド側壁
２４ インレット・マニホールド受け板
２６ インレット・マニホールド周囲の絶縁スペーサ
２８ ガス注入開口部
３０ ＨＦ電源
３１ 高域通過フィルタ
３２ ＬＦ電源
３３ 低域通過フィルタ
３６ 排気スリット
３８ 排気プレナム
５０ コンデンサ、軸
５１〜５４ コンデンサ、隅
６０〜６４ 接地ストラップ、金属
６６ 締め付けブロック
７０ ＣＶＤ中にバイアス電力を漸次的に変化するための制御装置
８０ サセプタ支持棚
８１ 支持棚の円筒型部
８２ 可動リフト・プラットフォーム
８４ リフト基部
８６ ベローズ
８８ Ｏリング

Claims (6)

  1. 電子ワークピースを製造するための装置であり、
    プラズマチャンバと、
    前記プラズマチャンバ内に配置され、垂直方向に移動可能なサセプタと、
    前記サセプタに接続される第１の部分と前記プラズマチャンバの壁に接続される第２の部分とを含む導電性ストラップと、
    前記サセプタに結合されたブロックとを備え、
    前記導電性ストラップの前記第１の部分は、前記サセプタと前記ブロックとの間にあり、
    前記ブロックは、前記導電性ストラップに向かい合う凸状にカーブした表面を有し、前記凸状にカーブした表面の一部が前記導電性ストラップの上位置と接している装置。
  2. 前記ブロックは、当該ブロックが前記導電性ストラップを前記サセプタに固定するように、前記サセプタにボルトで固定されている請求項１に記載の装置。
  3. 前記ブロックはアルミニウムである請求項１に記載の装置。
  4. 前記導電性ストラップはＶ字型であって、当該導電性ストラップの前記第１及び第２の部分がＶ字の２つの直線として位置する請求項１に記載の装置。
  5. 前記各導電性ストラップは＜型又は＞型である請求項１に記載の装置。
  6. 前記サセプタは、移動範囲に沿って垂直方向に移動可能であって、
    前記導電性ストラップは、前記移動範囲に沿った前記サセプタの移動に対応するのに充分柔軟である請求項１に記載の装置。
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