JP2002532896A - プラズマ加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ラズマのラジカル数密度に影響を与えることなく、プラズマのイオン束を減衰お
よび/または均一化させるプラズマ加工装置に関する。また、本発明は、イオン
束を減衰および/または均一化させる手段、ならびに中性ラジカルを案内する手
段にも関する。
チングを行う場合、大きなエッチ速度、正確な溝(trench)断面、および
ウェーハの異なる領域間でのエッチの良好な均一性を、同時に実現できるという
ことが重要である。
は、エッチステップが蒸着ステップと交互に行われる切り替え法を使用するもの
である。そのような方法は、WO−A−94/14187号、EP−A−082
2582号、およびEP−A−0822584号明細書に開示されている。
化層を蒸着することができる。エッチステップの初期に、不動態化層がイオン衝
撃により溝の底から優先的に除去される。これにより、次に、エッチステップの
残りの期間に、溝の底から、シリコンを事実上化学プロセスによって除去するこ
とができる。蒸着ステップとエッチステップとを交互に行うことにより、主とし
て等方的なエッチをもたらすエッチステップのみを使用した場合と異なり、大き
なアスペクト比の溝をエッチすることができる。
ステップの間、ラジカルの密度が露出シリコンのエッチ速度に影響し、また陽イ
オンの密度、エネルギー、および方向が、不動態化層のどこがどのように除去さ
れるかに影響する。
ジカルを生成するプラズマ加工装置の使用が望ましい。実際、エッチングステッ
プのために理想的な条件は、不動態化ステップのためには理想的でないことがあ
りうる。同時に、十分な数の非常に指向性の高い比較的低エネルギーのイオンを
生成させて、フォトレジストマスクの有意の厚みを除去することなく、一方で溝
の底から不動態化層を除去する必要がある。明らかに、いったんマスクがエッチ
除去されてしまうと、マスクからの同程度のパターン転写を継続することは不可
能である。
、一般に、装置への供給電力が増大すると、増大する。ラジカルとイオンとの相
対的な数は電力供給条件によって変化しうるが、しかし必ずしも深溝エッチの場
合に必要な理想的バランス状態にあるわけではない。
節し、空間分布を改善して二つのステップ(エッチおよび不動態化)の“個別”
最適化を可能にして、正確な溝断面のエッチングを保証し、かつウェーハの異な
る領域間でのエッチの良好な均一性を与える方法と装置を開示するものである。
エッチ種の生成と不動態化種の生成との関連を大きく低下させる方法を提示する
。実際、本発明はこのことが有利でありうるすべてのプラズマ加工工程に適用で
きるものである。
ズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置であって、さらに、実質的にラ
ジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および/ま
たは均一化させる減衰手段を有するプラズマ加工装置が提供される。
とができる。
て維持され、第二のRF電源によって基板(ウェーハ/加工物とすることができ
る)にバイアスが加えられる装置であるということができる。しかし、この説明
は、関連する概念を説明するためのものであり、プラズマが他の手段たとえばマ
イクロ波、ECR、ヘリコン、容量結合、DC、およびパルス化電力供給その他
、によって生成される装置の排除を意図するものではなく、またバイアスがパル
ス化または非パルス化DCまたはRF手段によって基板に加えられる装置の排除
を意図するものでもない。
着工程の蒸着および/またはエッチステップの各々に対して能力を変えることの
できる減衰手段とともに使用することができる。
しい形態をあとで述べる。
めの手段を有することができる。エッチおよび蒸着ガスは同じまたは別々の供給
システムによって供給することができる。
、それらは当業者には周知である。
特に、室の上部を誘電体材料で作り、その際基板支持体が室の下部にあるように
するのが好ましい。好ましくは、アンテナを、誘電体部分の外部に隣接させて配
置する。そうすれば、このアンテナは室内にプラズマ生成領域を与えるように作
用することができる。このアンテナは、装置の内部に生成されるプラズマにRF
電力を誘導結合させるように使用することができる。RF電力の周波数は一般に
13.56MHzであるが、他の周波数も使用できる。
このようなシステムに精通している人には良く知られているように、プラズマの
中にある基板にRF電力を供給すると、基板に擬似DCバイアスが発生し、たと
えば、陽イオンの基板方向への加速が起る。
ズマ生成領域と基板との間に配置する。減衰手段は、基板に到達するイオン束を
減衰させる一方、なおかつ生成領域に高密度プラズマが存在するのを可能にする
、という目的を有する。
ある中性プラズマに、実質的に何の影響も与えない。ただし、減衰手段における
少量の付着または再結合は別である。
磁石を有することができる。あるいは、減衰手段は電磁場を、たとえば可変的な
やり方で、生成する手段を有することができる。たとえば、この手段は導電体を
有することができる。これは、導体を流れる電流を調節することにより、磁場の
強さをそれぞれの特定工程に合せて調節することができるという点で、永久磁石
の使用にまさる利点を有する。好ましい構造においては、電磁場を生成させる手
段は、互いに角度のずれたそれぞれの磁場を生成するように個別に配向された電
磁コイルグループの配列を含む。互いに60度または180度ずれた磁場を生成
するように設計された三組のコイルグループを備えるのが有利である。これらの
グループには、回転磁場を生成させるために順番にエネルギーを与えることがで
きる。コイルが60度のずれを有する場合、三組のグループへの最初の配列のエ
ネルギー供給を実施したあと、電源の極性を逆転させることにより、360度全
体にわたる回転効果を得ることができる。
との両方を含むようにすることができ、磁場の強さのうちのある選択部分が永久
磁石による一定のものであるが、電磁場を生成させる電流を変えることにより、
この磁場を増大または減衰させることができる。電磁場は全磁場の一部分でしか
ないので、必要な電流は、全磁場の生成に必要な電流に比して小さく、したがっ
て小さな電源と小さな断面積の導体とですむことになる。これにより、たとえば
、切り替え法の中でエッチステップ時には減衰を使用するが、蒸着ステップ時に
は磁場を減衰させるか又は完全に切ってしまう可能性が与えられる。実際、この
磁場による減衰/フィルターの能力は工程可変なものとすることができ、切り替
え法のステップ間で変えることができ、あるいは非切り替え法の進行中に変える
ことができ、あるいは切り替え法の進行中に変えることができ、あるいは切り替
え法のステップの両方にわたって変えて工程の進行の全体にわたってよりゆるや
かな変化を上乗せすることができる。
できる大磁場を生成させる。磁場の強さは好ましくは50〜500ガウスとし、
さらに好ましくは150〜300ガウスとする。
導体を保持する一つ以上の管部材を有することができる。これらの部材は互いに
平行とすることができ、またたとえば支持体の表面に平行とすることができるが
、これらの配向はいずれも必須ではない。これらの部材は、室の全幅にわたって
延びて完全なフィルターを与えることができ、あるいは室の全幅の一部にわたっ
て延びて部分フィルターを形成することができ、あるいは遠く離して配置するか
または弱い磁石を使用して部分フィルターを形成することができる。さらに、ま
たは代替的に、減衰手段は、室の側壁に実質的に平行とすることができるが、こ
れは、室の壁からの距離が壁の長さ方向に沿って変化する減衰手段の使用を排除
するものではない。一つの実施形態においては、減衰手段は、室の蓋から、室の
一つの壁から延びる板部材まで延びており、この板部材は好ましくは適当に(た
とえば中心に)配置された開口を有する。代替実施形態として、減衰手段の上端
は板部材上に終ることができる。したがって、このような実施形態における減衰
手段は誘電体窓の頂部と底部との間の全体にわたって延びていてもいなくても良
い。
適当な冷却媒体が使用できるが、特定例として、強制供給空気および水がある。
冷却媒体を管状部材に通し、磁石が高温にさらされないようにすることができる
。供給部材たとえばマニホールドの形のものを、冷却媒体を減衰手段に供給する
ために備えることができる。
。
でき、これらの磁石は好ましくはプラズマ室の外部に配置するが、あるいは室の
内部に配置することができ、好ましくは冷却する。この実施形態の場合も、強い
磁石は永久磁石、電磁石、または両者の組合せとすることができる。
のを有することができる。このグリッドは、いろいろな位置にいろいろな寸法の
開口を有することができ、また充実部分を有することができる。この実施形態の
場合、シート部材は好ましくは金属である。
ン損失により減衰させることであり、またこのシート部材が金属製である場合、
プラズマに対して等電位平面を定め、ウェーハに向って加速されるイオンが、二
つの平行平面の間の十分に確定された電位勾配を通過するようにすることである
。このシート部材には、室の金属要素に対する電気的バイアスをかけることがで
きる。シート部材の負のバイアスはイオンの捕集を助長する。
ることがあり、したがって蒸着ステップ時の基板への蒸着速度の低下がもたらさ
れうる、という危険がある。この要因はシート部材を加熱することによって小さ
くすることができる。一つの実施形態において、シート部材は支持体の表面に対
して実質的に平行に、好ましくは誘電体窓の底部領域にまたはその近くに、配置
することができる。あるいは、シート部材は円筒形とすることができる。この実
施形態の場合、装置は、さらに、室にガス(エッチまたは蒸着)を供給する手段
を、円筒の片側または両側に有することができる。このガス供給は、エッチステ
ップと蒸着ステップのどちらが進行中であるかによる。
意の適当なやり方で支持することができる。たとえば、シート部材は、第一の支
持部材によって室の蓋から、かつ/または第二のシート支持部材によって誘電体
部分の下から支持することができる。シート支持部材は、任意の適当な材料で作
ることができるが、一つの例は、スロットがある導電性材料である。あるいは、
室に二つの誘電体部分(第一および第二の誘電体部分)を備えて、減衰手段をこ
れらの間に配置することができる。このようにすれば、シート部材に電気的バイ
アスをかける、より実用的な手段の使用が可能になり、またこの全般的なコンセ
プトは他の形態の加工装置にも転用することができる。
することができ、少なくとも一つのアンテナは好ましくは減衰手段よりも高い位
置にあり、少なくとも一つのアンテナは減衰手段よりも低い位置にある。そのよ
うな実施形態の場合、室には、一種又は複数種のガスを供給するための入口を減
衰手段よりも高い位置に備え、そして、一種又は複数種のガスを供給するための
もう一つの入口を減衰手段よりも低い位置に備えることができる。特に、エッチ
/蒸着工程の蒸着ステップのために、別のアンテナ(またはプラズマを発生させ
るのための他の手段)を減衰手段の下方に備えることができる。別のアンテナが
減衰手段の下方にある場合、ガスを減衰手段の水準よりも低い位置に供給するこ
とができる。
マ加工装置で使用する減衰手段であって、実質的にラジカル数密度に影響を与え
ることなくプラズマからのイオン束を減衰および/または均一化させることので
きる減衰手段が提供される。
束を減衰させるために、この減衰手段を使用することができる。一つの実施形態
においては、基板のいろいろな領域に到達するラジカル束を調節することにより
、基板全体におけるエッチの均一性を向上させるために、追加の手段を使用する
ことができる。たとえば、加工装置は、さらに、中性ラジカルを案内する手段を
有することができる。通常この案内手段はイオン減衰器と共に作動するが、適当
な場合、それだけで使用することができる。
けるエッチ速度は周囲のシリコンの量によって影響される。これは、シリコンエ
ッチにより、使用できるフッ素ラジカル束が消耗されるからである。したがって
、エッチ速度は露光シリコンの縁に向って大きくなる。縁では、シリコンが、一
つ以上の側で、基板の中心においてよりも少ないからである。適当な設計により
、案内手段は、基板の縁に向うフッ素ラジカル束を減衰させる一方、中心に向う
大きな流量を維持することができ、したがって前述の効果が低減または排除され
る。
することができる。一つの好ましい実施形態においては、この案内手段は基板の
上方、かつ減衰手段の下方に配置される。開口は、好ましくは基板の露光される
パターンに対応させて形成する。案内手段の一部分は、好ましくは基板のそばに
好ましくはこれに近接させて、たとえば5cmよりも近い、一般に2cmよりも
近い距離に、配置する。
材料で作る。減衰手段と案内手段は加工室内に別々に取りつけられた個別の要素
とすることができるが、あるいは単一のモジュールにまとめることができる。減
衰要素と案内要素との間隔は適当であるように調節することができるが、通常、
案内手段の少なくとも一部分が基板の表面に平行でかつこれに近接しているよう
にし、また減衰手段の方がプラズマ生成領域に近いところにあるように配置する
。さらに、案内手段の細部にわたる形状は、基板全体における圧力または流量の
勾配を助長するために調節して、基板表面全体における加工速度の均一性をさら
に最適化することができる。
基板上のパターンの形状に適したものとすることができる。たとえば、標準的な
丸いウェーハに正方形のパターンをエッチする必要がある場合、または正方形ウ
ェーハの場合には、案内手段に正方形開口を使用することができる。
手段を有するプラズマ加工装置で使用する案内手段であって、室に導入されるエ
ッチガスの中性ラジカルを案内することのできる案内手段が提供される。
にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置であって、さらに案内手
段を有するプラズマ加工装置が提供される。
ッチングする方法であって、室内にプラズマを発生させ、実質的にラジカル数密
度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および/または均一化
させることを含む方法が提供される。この方法は、基板をエッチングすることと
基板上に不動態化層を蒸着することとを交互に行うステップを含むことができる
。
あって、基板をエッチングすることと基板上に不動態化層を蒸着することとを交
互に行うことを含み、エッチステップ時に中性ラジカルを案内手段によって案内
して基板全体におけるエッチングの均一性を向上させる方法が提供される。
かの方法で実現することができる。すなわち、 (a)ソース電力を大きくすることにより、前駆物質ガスの解離率を大きくする
。たとえば、SF6→SFx+yF。しかし、各SF6分子から放出されるフッ
素ラジカルの数(すなわち、二つのフッ素ラジカルが容易に放出される)によっ
て、効率が制限される。しかし、解離生成物の安定性と再結合反応とにより、各
SF6分子からの二つよりも多くのフッ素ラジカルの放出は制限される。それで
も、ソース電力を大きくしてより多くのSF6分子を効率的に解離させる方法に
よって、エッチ速度を有意に向上させることができる。フッ素ラジカルの収率が
飽和してしまうと、さらなるエッチ速度の増大は、RF電源に比例させてガス流
量を増大させることによってのみ実現することができる。 (b)圧力が増大すると、衝突数が増大するので、ラジカル数密度が増大する。
しかし、圧力が増大すると、低圧高密度系のプラズマ密度は、閉じ込め度を低下
させる“散乱”衝突により、減衰しうる。また、圧力増大によりエッチ断面の異
方性が低下する。衝突がイオンの指向度を損なうからである。その結果、“湾曲
(bowing)”その他により、断面形が劣化し、この劣化はアスペクト比が
大きいほどひどくなる。したがって、この方法にも使用における制限がある。
化ソースを使用することによるものである。非常に大きな電力のパルスを使用す
ることにより(GB−A−2105729;G.Scarsbrook、I.P
.Llewellyn、およびR.A.Heinecke、J.Vac Sci
.Technol. A&(3)、May/June 1989;I.P.Ll
ewellyn、G.Scarsbrook、およびR.A.Heinecke
、SPIE Vol.1148 Nonlinear Optical Pro
perties of Materials(1989)参照)、完全なガス解
離を起させることができ、前駆物質の完全な分裂が生じる。
方法であって、エッチソースガスにパルス化大電力を加え、室内で基板のエッチ
ングと基板への不動態化層の蒸着とを交互に行うことを含む方法が提供される。
加える。一つの好ましい実施形態においては、パルス化大電力の電力密度は10
〜300W/cm3である。
マからのイオン束を減衰および/または均一化させるステップを含むことができ
、たとえば前記方法のどれでも使用することができる。この方法は、さらにある
いは代替的に、中性ラジカルを案内するステップを含むことができる。
置であって、エッチソースガスのための入口を有する第一の室と基板用の支持体
を有する第二の室とを有し、第一および第二の室が開口によって連結されており
、さらに第一の室にパルス化大電力を供給する手段を有するプラズマ加工装置が
提供される。
波またはDCが使用できる。
ス化大電力を投入する手段は、好ましくは誘電体窓の外部に隣接して配置された
アンテナである。
際に、パルス化ソースを与える、一つより多くの第一の室を使用することができ
る。
る減衰手段を有する。この減衰手段は前記の形と同じにすることができるが、好
ましくは、磁気フィルターを形成する、開口の片側に配置された磁石の形とする
。これにより、パルス化プラズマのソース内への閉込めが助長される。あるいは
、磁石は、たとえば前記のものと同様の構成で、開口を横断する管内に配置する
ことができる。
連結し、それにより、より大きなソース圧力を実用的に使用することができる。
、高密度のラジカルソースをエッチソースガスに加え、室内で基板をエッチング
することと基板に不動態化層を蒸着することとを交互に行うことから成る方法が
提供される。
示す特徴のすべての発明的組合せを含むと理解すべきである。
のいろいろな特定実施形態を、添付の図面を参照して説明する。これらの図面は
すべて本発明の例証のための実施形態を示す。
2には、エッチまたは蒸着ガス(または両方)を、室2の蓋4の入口3を通して
送り込むことができる。室2の底5を貫通して延びているのはプラテン6であり
、プラテン6にはウェーハ7たとえば半導体ウェーハが載せてある。室2は側壁
8を有し、側壁8の上部領域は誘電体窓9の形になっている。アンテナ10が誘
電体窓9の外側に配置してあり、装置の内部に形成されるプラズマにRF電力を
誘導結合させるのに使用される。RF電力の周波数は13.56MHzであるが
、他の周波数も使用できる。示されている実施形態の使用においては、使用エッ
チおよび蒸着ガスが、エッチステップと蒸着ステップのどちらが進行中であるか
に応じて、入口3から交互に送り込まれる。プラテン6には、第二のRF電源か
らエネルギーが供給される。
てある。各管は図2に示すように配置された小さな永久磁石または一連の永久磁
石を収容している。強制供給空気、水、または他の適当な冷却媒体が管を通して
送られ、磁石が高温にさらされないようにしてある。冷却媒体はマニホールド1
3によって供給される。
と同様の強さと配向の電磁場を生成させるようなやり方で、前述のように配置さ
れた管内の、導電体によって置き換えることができる。さらなる変形として、永
久磁石と電磁石との組合せも考えることができる。動作の原理は、アンテナ10
の近くで生成されるプラズマからの電子が、磁場の影響を受ける領域に移動し、
磁場によって案内され、E×Bドリフトによって壁8またはマニホールド13に
失われる、というものである。プラズマ内に形成される電場は、電子が失われる
ことによって、イオンも電子が失われる壁またはマニホールドに引きつけられる
ことを保証する。正味の結果は、プラズマが生成される領域からウェーハが配置
されている領域に向って、磁場を通過することによるプラズマ密度の低下である
。磁場はラジカルには影響を及ぼさず、そして磁石保持管は、表面上での程度の
小さな再結合によるラジカル数へのわずかな影響しか有しない。磁石保持管およ
び/またはマニホールドには、適当な場合、電気的バイアスを加えることができ
る。
とができ、大きなエッチ速度に必要な多数のラジカルが生成されるが、ウェーハ
に到達しうるイオンの数が制限され、したがって物理的要因が均一になり十分に
制御される。利点には、大きなソース電力のプラズマ(大きなエッチ速度を可能
にする)の使用ばかりでなく、エッチの均一性の向上も含まれる。
対応する。ここに示す実施形態において、永久磁石保持管14は垂直方向に延び
ており、“かご形”配列に配置されて、内部磁石“バケット”を形成し、各管は
誘電体窓9と側壁8とに実質的に平行に配置してある。動作の原理は、図1と2
に関して前述したものと同じである。図3において、管14は、上端が室2の蓋
4で終り、下端が中心開口16を有する板15で終るように示してある。しかし
、注意すべきことは、管14の上端は必ずしも室の蓋に終る必要はなく、下端を
配置するために使用されるものと同様の板で終ることもできるということである
。板15または蓋4は、管14(通常、導電性)が電気的にバイアスまたは接地
されることを可能にする。管14は、磁気的フィルター構造を与えるばかりでな
く、ある程度の静電遮蔽をも与え、したがってアンテナ付近に限定されたプラズ
マ生成と、プラテン6に加えられるRFバイアスによってもたらされるウェーハ
へのイオン加速との相互作用を小さくする助けとなる。
端と下端に適当なマニホールドまたは相互連結が必要となる。
場を形成する、管の適当な配列内の導電導体によって置き換えることができる。
さらに、永久磁石と電磁石の組合せを使用して必要な磁場パターンを生成させる
こともできる。図3には、第二の入口3Aも示してあり、この入口3Aと入口3
は、一つ以上の供給システムに取りつけて、室にエッチおよび/または蒸着ガス
を供給するようにすることができる。
、室2の外部に側壁8に隣接して、誘電体窓9の直下に配置してある。強い磁石
17は長範囲の磁場を生成する。この構成は簡単で安価に製造されるが、磁場が
装置のかなり大きな部分にわたって無視できない大きさとなる、という欠点を有
する。これは、プラズマ生成領域に影響を与えうるものであり、またおそらくよ
り重大なことは、ウェーハ表面に無視できない強さの磁場を生じうるということ
である。磁場は永久磁石もしくは電磁石または両者の組合せによって生成させる
ことができる。
8が室2を横断するように配置してあり、誘電体窓9に近いプラズマ生成領域を
ウェーハ7から分離している。グリッド18はいろいろな位置にいろいろな寸法
の開口19を有し、また開口のない充実部分を有することができる。グリッド1
8の効果は、前述のように、グリッド18上でのイオン損失により、ウェーハに
到達するイオン束を減衰させることである。
21を有するグリッド20は円筒形である(円筒形の加工室の場合)。ガスは、
蒸着ステップとエッチステップのどちらが進行中であるかに応じて、入口3また
は第二の入口3Aまたはこれら両者に供給することができる。図3を参照して述
べたシステムと同様に、グリッド20は蓋4から誘電体窓9の底部までの全体に
わたって延びていても、そうでなくても良い。
2の途中に配置してある。グリッド18は、蓋4からまたは誘電体窓22の下か
ら、支持することができる。前述のように、グリッド18は、いくつかの同一の
開口を有することができ、あるいはさらに、ウェーハ7のいろいろな位置におけ
る全体的エッチの均一性の空間的改良のために、打ち抜かれたより大きな開口ま
たは区域を有する部分を有することができる。二つのアンテナ23、24が誘電
体窓22のまわりに巻かれており、アンテナ23はグリッド18よりも高い位置
に、アンテナ24はグリッド18よりも低い位置に配置されている。ガスは入口
3によって室に供給され、もう一つのガス入口25がグリッド構造物18の下方
に配置されたガスリング26または類似のガス分配装置への供給を行う。前記と
同様に、ウェーハ7は室の底部に近いプラテン6上に支持されている。
が、蒸着ステップ時にグリッド構造物に付着しうる。この効果は、グリッド構造
物を加熱することによって、小さくすることができるが、それでも、グリッド構
造物が存在する場合、強力な不動態化を行う必要の生じることがある。
プにおいては、ガスを入口3に供給し、アンテナ23にエネルギーを供給する。
ラジカルはグリッド構造物18を通過してウェーハ7の表面まで下降し、一方、
陽イオンはグリッド構造物によって減衰し、陽イオンの空間分布が変えられる。
ここで有利なことが明らかになったところによれば、アンテナ24にも低電力レ
ベルのエネルギー供給を行うことができ、またエッチステップで使用するガスの
一部をガス入口25から導入することができる。蒸着ステップにおいては、適当
なガスをガス入口25に供給し、アンテナ24にエネルギー供給する。通常、加
工の蒸着ステップ中には、アンテナ23にエネルギー供給する必要はなく、また
ガスを入口3に供給する必要はないであろう。
となく、前述の形のどの磁気減衰器ででも置き換えることができる。
化ソースを使用することである。非常に大きな電力のパルスを使用することによ
り、完全なガス解離を起させることができ、エッチガス前駆物質の完全な分裂が
もたらされる。たとえば、SF6がエッチガスである場合、完全なガス解離が次
のように起る。 SF6 → S+6F
Wと200μsの程度であるが、必要なパルス化電力はソース寸法の関数であり
、ガスの高度の解離を実現するのに必要な電力は、200〜300W/cm3に
も達する。ここで適当な電力要件の範囲は、必要な解離促進の程度に応じて、た
とえば、100μs〜数msのパルス持続時間、および10〜300W/cm3 の電力密度である。ソースは、表面への硫黄の凝縮を促進するために冷却部材を
有することができる。
は、開口27が室2の蓋4に存在する。開口27からは、誘電体窓側壁29を有
する補助室28が延びており、補助室28にはアンテナ30が巻かれている。補
助室28は、上部表面に、エッチガスを供給するための入口31を有する。室2
の蓋4には、入口32も備えてあり、この入口を通って、不動態化ガスまたはエ
ッチ関係のガスが供給される。誘電体窓9のまわりのアンテナ10は、前述のよ
うに不動態化用またはエッチ用プラズマを生成させる。補助室28、誘電体側壁
29、アンテナ30、および入口31は、一緒になって、全体を33で示す大出
力パルス化ソースを形成する。その目的は、パルス化電源33内に多数のラジカ
ルを生成させ、そのあとこのラジカルを主加工室内に拡散させることである。パ
ルス化プラズマのソース内閉じ込めを助長するために、磁石34を開口27の両
側に配置して磁気フィルターとする。あるいは、たとえば図1および2に示すも
のと同様の構成で、磁石を、開口を横断する管内に、主加工室2を分割するため
に、配置することができる。
補助室の下部が壁35から成り、壁35は開口27側の端に対向する上端に向っ
て絞られている。この図では、誘電体部分が先細になるように示してあるが、こ
の部分は金属製とすることもでき、たとえば分離部材構造物の延長部とすること
ができる。このようにすれば、低ポンピングコンダクタンスの開口が与えられ、
このような実施形態の場合、パルス化大電力プラズマソースの圧力を、主加工室
2の圧力に有害な影響を及ぼすことなく、増大させることができる。
を与えることのできる大ラジカル密度ソースを生成させ、一方蒸着プラズマソー
スを分離する、というものである。前記のパルス化大電力ソースは、任意の高密
度ラジカルソース(プラズマまたは非プラズマ)で置き換えることができる。こ
のソースが望ましくない帯電成分を発生させる場合、前記の減衰手段を、帯電成
分のウェーハへの移動を制限するために、有効に使用することができる。ソース
が主としてラジカルのみを生成させる場合、そのような減衰手段は必要ないであ
ろう。この場合、本発明の目的は、周期的エッチ/蒸着加工方法における、エッ
チステップ種生成を含む高ラジカルソースの使用ということになる。
の案内手段を含むという点が異なる。円板36はウェーハ7の上方、管11の下
方に配置され、一つ以上の開口を含むことができる。ラジカルは、開口を通過し
、あるいは円板36を迂回してウェーハ7に到達することができ、ウェーハ7の
表面上を拡散して、ウェーハ7上で化学反応が起る。この場合、円板36の機能
は、円板の下にある領域での加工速度を(束密度を制限することにより)低下さ
せることである。円板36がウェーハ7に近いほど、加工速度の低下が大きい。
円板36がウェーハ7に非常に近い場合(間隔が10mmよりも小)、局所的な
電磁場の乱れの可能性があり、円板36が導電性材料で作られていて、接地され
ている場合には特にそうである。これは、用途によっては、有害なものとなりう
る。好ましい実施形態においては、円板36は、導電性材料製で地面と絶縁され
ているか、または誘電体材料で作られるかである。前記の絶縁された導電性材料
または誘電体材料は、イオン束とこれに到着する電子との間の釣り合いが生じる
ので、局所プラズマの浮遊電位をもたらす。その他のイオンは円板36の開口を
通過するか、円板36を迂回するかして、基板に到達する。
断方向における圧力または流量の勾配を助長する。しかし、基板とエッチパター
ンの形状、反応器設計、および局所圧力とガス流の挙動に応じて、より複雑な形
状(必要であれば、開口をつける)が使用できる。図12Bは、図12Aの部分
拡大図であり、前述のような、ウェーハ7の縁への過剰なラジカル束を克服する
ことを意図する、この成形案内手段37は、ウェーハ7に平行な部分37Aと傾
斜部分37Bとを有する。この傾斜部分37Bはウェーハ7の表面への束を増大
させる。この部分がないと、案内手段の内側縁に関して“縁効果”が生じうる。
示されている実施形態の場合、寸法dは小さく、したがって部分37Aの縁はウ
ェーハ7の縁に近い。寸法a、c、およびdは、縁効果を補正するために、必要
に応じて調節することができる。
工室に取りつけることができる。この案内構造物を38で示す。アンテナ39は
、第一のガス供給システムから入口3を通じて供給されるガスを使用するエッチ
ステップにおいて、割合に大きな電力のプラズマを発生させ維持するために使用
される。この強力な放電により、多数のラジカルの生成がもたらされ、これらの
ラジカルはウェーハ7に向って拡散し、案内構造物38によってウェーハ表面に
案内される。放電による大きなイオン束は、減衰構造物40により、工程に適し
たレベルまで減衰させられる。
続した入口41を通じて、減衰構造物40の上方または下方に導入することがで
きる。アンテナ42は、蒸着工程に適した密度のプラズマを生成させるのに使用
することができる。このやり方の場合、蒸着ステップにおいては、アンテナ39
には、通常、エネルギーが加えられない。アンテナ42が装置に取りつけられな
い代替構成の場合、ガス供給システムから供給される適当な蒸着ガスまたは代替
ガスを使用して、アンテナ39によって発生させられ維持されるプラズマが使用
される。蒸着ガスは入口41を通じて導入される。どちらの場合も、蒸着物質は
案内構造物38に下方に向って拡散し、ウェーハ7の表面に案内される。
も使用することができる。しかし、案内構造物の目的は前記の場合と同じままで
ある。
離に対してプロットした結果である。2組の測定値は、図1および2に示す形の
磁気減衰器を備えているケースについて測定した。
持管同士の中間における65ガウスである。 (c)磁気減衰器が存在する。最大の磁場の強さは、磁石保持管の中間同士にお
ける230ガウスである。
配置されたアンテナに加えられる。
室の蓋と基板との両方に向って拡散する、ということを示している。
、イオン密度が有意に減衰している。
下記の表1に示す。
的小さなエッチ速度低下しか生じないが、ずっと大きな蒸着速度の低下をもたら
す。
カルによって決まり、基板の表面に運ばれるイオンによる影響は小さい、と考え
られる。これは観察結果と一致している。すなわち、観察結果は、磁場を増大さ
せたとき、エッチ速度が30%減衰することを示している。
密度が蒸着過程にとって重要であることを示す。
強い磁場を与え、蒸着ステップの間は弱い磁場を与えることのできる電磁石によ
る磁気減衰器を使用することが利点を有する可能性を示す。注意すべきことは、
エッチステップ時の強い磁場の目的は、基板に到達して不動態化層を除去するイ
オン束を小さくし、一方アンテナ近傍でのプラズマ密度を大きなままに保って、
下にある材料をエッチする高密度のラジカルを与えることを可能にする、という
ことである。アンテナ近傍に生成されるプラズマに供給されるRF電力は、二つ
のステップのそれぞれに対して異なるレベルに設定し、密度の異なるプラズマを
生成させることができる。特に、エッチステップ時に供給する電力を、蒸着ステ
ップ時に供給する電力よりもずっと大きくすることが考えられる。
による測定値を基板表面上方の距離に対してプロットした結果を示す。
ためのコイル巻き線の部分の可能な配置とを示す。図16Aのマニホールド管4
3は、図16Bに示す構成の巻き線44を保持する。管43はマニホールド45
に接続され、管43内の巻き線44の空気または流体冷却を可能にする。
マ加工室47内に取りつけられ、中性ラジカルが高密度プラズマ領域49から基
板48に到達するのを許容し、一方基板48に到達するイオン束を減衰させると
いう目的を有する。
これらのコイルはそれぞれ局所磁場を生成する。これらのコイルはプラズマ加工
室内に配置されているが、中性ラジカルの通過に対して大きな透明度を有する構
造によって、プラズマとの直接接触から保護されている。これらいくつかのコイ
ルの配列は、コイルのグループが互いに連結されるようになされる。ある一定の
時刻には、一つ以上のグループにエネルギーを供給することができ、加工室47
を横断する磁場が与えられ、該磁場は基板48に到達するイオン束を減衰する一
方、中性ラジカルの通過に対しては最小限の妨害しか与えない。
している、すなわち高密度プラズマ領域49内まで大きく広がっておらず、また
基板48に向って下方に大きく広がっていない磁場、の生成を可能にするもので
ある。これは、コイルを数10mmの間隔で配置して磁場が縦方向にこの程度の
距離に局在するようにすることができるので、実現される。これは、コイルまた
は永久磁石を加工室の外部に配置する場合と異なる。外部配置の場合、コイルま
たは永久磁石が数100mmの間隔で配置されるので、磁場は縦方向に数100
mmの程度の広がりを有する。高密度プラズマ領域内まで延びる広範囲磁場は、
電力とプラズマとの結合効率を低下させうるものであり、また基板表面の大きな
磁場の強さは基板に到達するイオンの指向性に影響を与えうる。
ードスルーによって、加工室の外に引き出される終端を有する。流体またはガス
をコイルのまわりに循環させて、導線のオーム加熱によって生成される熱と、プ
ラズマによってコイルを包囲する構造物に伝えられる熱とを除去することができ
る。コイルを包囲する構造物は、流体またはガスが加工室内に漏出するのを防ぐ
ように作らなければならず、また流体またはガスの導入のために別のフィードス
ルーを取りつけることが必要となりうる。コイルのグループには、電源を導線に
より適当なフィードスルー接続部に接続することによって、エネルギーが供給さ
れる。
、コイルの終端は、各グループにおいて、一つの導線が電流供給線となり、第二
の導線が電流の戻り線となるようにする。したがって、三つのグループに対して
合計で導線6本となる。可能な配列を図17Cに示す。この図では、コイル構造
物の平面図と、それぞれ1、2、3の番号がつけられた各コイルグループの配置
とが示されている。電源を第一のコイルグループのコイルのための導線対に接続
すると、均一な磁場が加工室を横断して生成される。第一のコイルグループへの
接続を切って第二のコイルグループに電源を接続すると、同様の磁場が生成され
るが、この磁場は、加工室の軸方向に見た場合、第一のコイルグループによって
生成されるものに対して60度の角度をなしている。第一、第二のコイルグルー
プへのエネルギーを供給しないで、第三のコイルグループに電源を接続すると、
第一のコイルグループに対してさらに60度回転した磁場が生じる。したがって
、各コイルグループに順番にエネルギーを与えると、加工室を横断する磁場が6
0度ずつ回転する。そのあと、電源の極性を逆転させ、各コイルグループに順番
にエネルギーを与えると、磁場の向きをさらに60度ずつ回転させることができ
る。正味の結果は、それぞれのコイルグループにエネルギーを与え、適当な時点
で電源の極性を逆転させることにより、磁場の向きが360度全体にわたって回
転させられるということである。3相交流電源を、各コイルグループが一つの相
に接続されるように、コイルグループに接続すると、電源の周波数で回転する磁
場が生成される。
磁場の向きの60度の回転が起るように、コイルが配向されたが、これは、磁場
の向きにもっと大きなまたは小さな角度変化が起るように配向したコイルの使用
を排除するものではない。コイルグループに特定の順序でエネルギー供給するこ
とは必須ではない。したがって、正味の結果は、磁場の時計回りもしくは反時計
回りの回転、または他の任意の順序での配向またはランダムな配向とすることが
できる。
性を低下させるために、加工中に磁場の向きを回転または他のやり方で変えるの
が望ましい。
ン減衰器の構造と動作は、三つの可能な利点を有する。 1.室を横断する磁場は、コイルまたは永久磁石が室の外部に配置された場合に
比して、縦方向に、より局在する。 2.永久磁石でなくコイルを使用することにより、加工中に磁場の強さを変える
ことができる。特に、工程のそれぞれのステップ時に異なるレベル間で磁場の強
さを切り替えることができる。 3.室を横断する磁場は、基板に到達するイオンの指向性に影響を与える可能性
があるが、加工の均一性を向上させるために、回転させることができる。
値である。
Claims (50)
- 【請求項1】 ガス入口と基板のための支持体とを有する室内にプラズマを
発生させる手段を有するプラズマ加工装置であって、さらに、事実上ラジカル数
密度に影響を与えることなく、プラズマからのイオン束を減衰および/または均
一化させるための減衰手段を有することを特徴とするプラズマ加工装置。 - 【請求項2】 さらに、交互に行われるエッチおよび蒸着ステップを実施す
る手段を有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項3】 前記減衰手段よりも低い位置に配置される、プラズマ発生の
ためのもう一つの手段をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載
のプラズマ加工装置。 - 【請求項4】 前記室の少なくとも一部分が誘電体材料で作られていること
を特徴とする請求項1から3の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項5】 前記減衰手段が、誘電体材料で作られた部分の大体中央の位
置に配置されることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項6】 アンテナが、前記室内にプラズマ生成領域を作り出すために
誘電体部分の外部に隣接して配置されることを特徴とする請求項4または5に記
載のプラズマ加工装置。 - 【請求項7】 前記減衰手段が磁石部分を有することを特徴とする請求項1
から6の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項8】 前記減衰手段が一つ以上の永久磁石を有することを特徴とす
る請求項7に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項9】 前記減衰手段が、電磁場を生成させる手段を有することを特
徴とする請求項7または8に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項10】電磁場を生成させる前記手段が、互いに角度のずれたそれぞ
れの磁場を生成するように個別に配向された電磁コイルグループの配列を有する
ことを特徴とする請求項9に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項11】三組のコイル群が備えられ、これらが、互いに60度または
180度ずれた磁場を生成させるように設計されていることを特徴とする請求項
10に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項12】電磁場を生成させる手段が、可変磁場を生成させることがで
きることを特徴とする請求項9から11の中のいずれか一つに記載のプラズマ加
工装置。 - 【請求項13】前記減衰手段が、磁石および/または電磁石を形成する導体
を保持する一つ以上の管状部材を有することを特徴とする請求項1から12の中
のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項14】前記減衰手段が温度制御されることを特徴とする請求項1か
ら13の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項15】前記減衰手段に冷却媒体を供給する供給部材を有することを
特徴とする請求項14に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項16】前記減衰手段が、好ましくはプラズマ室の外部に配置された
一つ以上の強磁石を有することを特徴とする請求項1から15の中のいずれか1
つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項17】前記減衰手段が複数の開口を有するシート部材を有すること
を特徴とする請求項1から16の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項18】前記シート部材が加熱されることを特徴とする請求項16に
記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項19】プラズマを発生させるための一つの手段が前記減衰手段より
も高い位置に配置してあり、プラズマを発生させるための一つの手段が前記減衰
手段よりも低い位置に配置してあることを特徴とする請求項1から18の中のい
ずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項20】さらに前記室の二つの誘電体部分を有し、前記減衰手段がこ
れらの部分の間に配置されることを特徴とする請求項1から19の中のいずれか
1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項21】前記減衰手段が、エッチステップ時にイオン束を有意に減衰
させることのできる大きな磁場を発生させるように設計されていることを特徴と
する請求項1から20の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項22】中性ラジカルを案内するための手段をさらに有することを特
徴とする請求項1から21の中のいずれか1つに記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項23】前記案内手段が前記減衰手段と基板との間に配置されている
ことを特徴とする請求項22に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項24】前記案内手段の少なくとも一部分が、基板の近くに配置され
ることを特徴とする請求項22または23に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項25】添付の図面を参照して実質的に述べられ、また添付の図面に
実質的に示してあるプラズマ加工装置。 - 【請求項26】室内にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置
で使用する減衰手段であって、実質的にラジカル数密度に影響を与えることなく
、プラズマからのイオン束を減衰および/または均一化させることができること
を特徴とする減衰手段。 - 【請求項27】磁石部分を有する請求項25に記載の減衰手段。
- 【請求項28】一つ以上の永久磁石および/または電磁場を生成させる手段
を有することを特徴とする請求項27に記載の減衰手段。 - 【請求項29】室内にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置
で使用する案内手段であって、前記室内に導入されるエッチガスの中性ラジカル
を案内することができることを特徴とする案内手段。 - 【請求項30】一つ以上の開口が作りつけられていることを特徴とする請求
項29に記載の案内手段。 - 【請求項31】前記開口が、基板に露光されるパターンと対応するように形
成されていることを特徴とする請求項30に記載の案内手段。 - 【請求項32】円板を有することを特徴とする請求項29から31の中のい
ずれか1つに記載の案内手段。 - 【請求項33】使用において、前記案内手段の少なくとも一部分が前記室内
に配置されている基板に平行であることを特徴とする請求項29から32の中の
いずれか1つに記載の案内手段。 - 【請求項34】ガス入口と基板のための支持体とを有する室の内にプラズマ
を発生させる手段を有するプラズマ加工装置であって、請求項29から33の中
のいずれか1つに記載の案内手段をさらに有することを特徴とするプラズマ加工
装置。 - 【請求項35】室内の基板に構造をエッチングする方法であって、前記室内
にプラズマを発生させ、実質的にラジカル数密度に影響を与えることなく前記プ
ラズマからのイオン束を減衰および/または均一化させることを含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項36】基板をエッチングすることと基板に不動態化層を蒸着するこ
ととを交互に行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項35に記載の方
法。 - 【請求項37】エッチング時にプラズマに供給される電力が蒸着時に供給さ
れるそれよりも大きいことを特徴とする請求項36に記載の方法。 - 【請求項38】前記減衰手段の能力を、蒸着ステップおよび/またはエッチ
ステップの各々に対して変えることができることを特徴とする請求項36または
37に記載の方法。 - 【請求項39】前記減衰手段が、蒸着ステップ時には減衰させられるかまた
はスイッチが切られる電磁場を生成させる手段を有することを特徴とする請求項
36から38の中のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項40】室内の基板に構造をエッチングする方法であって、基板をエ
ッチングすることと基板に不動態化層を蒸着することとを交互に行うことを含み
、エッチステップ時の中性ラジカルを案内手段によって案内して基板全面におけ
るエッチングの均一性を向上させることを特徴とする方法。 - 【請求項41】中性ラジカルの案内に先立って、ラジカル数密度に影響を実
質的に与えることなく、プラズマからのイオン束を減衰および/または均一化さ
せるステップをさらに含むことを特徴とする請求項40に記載の方法。 - 【請求項42】イオン束がエッチステップ時にのみ減衰または均一化される
ことを特徴とする請求項41に記載の方法。 - 【請求項43】基板に構造をエッチングする方法であって、エッチソースガ
スにパルス化大電力を加え、また、室内で基板をエッチングすることと基板に不
動態化層を蒸着することとを交互に行うことから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項44】パルス化大電力の電力密度が10〜300W/cm3である
ことを特徴とする請求項43に記載の方法。 - 【請求項45】実質的にラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマか
らのイオン束を減衰および/または均一化させるステップをさらに含むことを特
徴とする請求項43または44に記載の方法。 - 【請求項46】エッチソースガスの中性ラジカルを案内して、基板全面にお
けるエッチングの均一性を向上させるステップをさらに含むことを特徴とする請
求項43から45の中のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項47】請求項43から46の中のいずれか1つに記載の方法を実施
するためのプラズマ加工装置であって、エッチソースガスの入口を有する第一の
室と基板の支持体を有する第二の室とを有し、第一と第二の室が開口によって接
続されており、さらに第一の室にパルス化大電力を供給する手段を有することを
特徴とするプラズマ加工装置。 - 【請求項48】さらに前記開口の近くに減衰手段を有することを特徴とする
請求項46に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項49】基板に構造をエッチングする方法であって、エッチソースガ
スに高密度のラジカルソースを加え、また、室内で基板をエッチングすることと
基板に不動態化層を蒸着することとを交互に行うことを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項50】本明細書および/または添付の図面を参照して実質的に記載
された、プラズマ加工装置もしくはその部品、または基板エッチングの方法の特
徴のすべての新しい組み合わせ。
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