JP2003503840A - 高位置固定均一化リング - Google Patents

高位置固定均一化リング

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JP2003503840A JP2001506575A JP2001506575A JP2003503840A JP 2003503840 A JP2003503840 A JP 2003503840A JP 2001506575 A JP2001506575 A JP 2001506575A JP 2001506575 A JP2001506575 A JP 2001506575A JP 2003503840 A JP2003503840 A JP 2003503840A
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Abstract

(57)【要約】 半導体基板（３１２）を処理するプラズマ処理リアクタ（３００）を開示する。この装置はチャンバ（３０２）を含む。加えて、このチャンバ（３０２）は基板を保持するために構成された底部電極（３１４）を含む。この装置はさらに、基板の外周を取り囲むように構成された固定均一化リング（３５０）を含む。さらに、この固定均一化リングはチャンバの一部と結合し、底部電極の上に間隔を空けた関係で配置され、底部電極の上に垂直空間（３５４）を形成する。さらに、この垂直空間は基板の出入りのための余地を提供するように設計される。また、この固定均一化リングは、固定均一化リングの外側から基板縁部に向けての第一の粒子の拡散を実質的に減少させる厚さ（３８０）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関し、特に、基板の処理中に基板に
送られる中性反応物の量を制御する改良された方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ベースの製品、例えば平面パネルディスプレイまたは集積回路の製造中
には、複数の付着およびまたはエッチング工程が利用される。例えば、エッチン
グの一方法はプラズマエッチングである。プラズマエッチングでは、プラズマは
処理ガスのイオン化および電離によって生成される。正に荷電したイオンは基板
に向けて加速され、中性反応物との組み合わせにより、ここでエッチング反応を
促す。これにより、基板の層にバイア、コンタクト、またはトレンチ等のエッチ
ングされた特徴部位が形成される。
【０００３】 プラズマエッチングの特定の一方法では、誘導源を使用しプラズマを生成する
。図１はプラズマエッチングに使用される従来技術の誘導プラズマ処理リアクタ
１００を表している。通常の誘導プラズマ処理リアクタは、誘電体ウィンドウ１
０６の上に配置したアンテナすなわち誘導コイル１０４が付いたチャンバ１０２
を含む。通常、アンテナ１０４は、第一の高周波電源１０８と有効に結合する。
さらに、誘電体ウィンドウ１０８と基板１１２との間の高周波誘導プラズマ領域
にエッチングソースガス等の気体ソース材料を放出するためのガスポート１１０
が、チャンバ１０２内に設けられる。基板１１２はチャンバ１０２内に導入され
、一般に底部電極として機能し、第二の高周波電源１１６と有効に結合するチャ
ック１１４上に配置される。
【０００４】 プラズマを生成するために、ガスポート１１０を通じて処理ガスがチャンバ内
に注入される。その後、第一の高周波電源１０８を使用して誘導コイル１０４に
電力を供給し、チャンバ１０２内部に大きな電界を形成する。この電界はチャン
バ内に存在する少数の電子を加速し、処理ガスのガス分子と衝突させる。こうし
た衝突によってイオン化および放電が開始され、プラズマ１１８が生じる。この
技術において広く知られるように、処理ガスの中性ガス分子は、こうした強力な
電界の影響を受ける時、電子を失い、正に荷電したイオンが残る。その結果、正
に荷電したイオン１２０および負に荷電した電子１２２がプラズマ１１８内に含
まれる。さらに、中性ガス分子１２４（およびまたは原子）が、プラズマ１１８
内およびチャンバ１０２全体に含まれる。
【０００５】 プラズマが生成されると、プラズマ内の中性ガス分子１２４は、拡散つまりチ
ャンバ内部の分子のランダムな移動によって、基板表面の方向に向かう。これに
より通常は、中性反応物１２６（例えば中性ガス分子）の層が基板１１２の表面
に沿って形成される。これに対応して、底部電極１１４に電力が供給されている
時、イオン１２０は、基板に向けて加速され、ここで中性反応物１２６との組み
合わせによって、エッチング反応を活性化する。当業者が理解できるように、エ
ッチングを完了させるために、様々な量のイオンおよび中性反応物を使用する数
多くのタイプの処理が存在する。例えば、中性反応物主導の処理において、プラ
ズマは反応を促進するために高濃度の中性反応物を含む必要がある。一方、イオ
ン主導の処理においては、プラズマは反応を促進するために高濃度のイオンを含
む必要がある。
【０００６】 中性反応物主導処理およびイオン主導処理の両方において遭遇する一問題は、
不均一なエッチング速度である。例えば、基板の１エリアが、他のエリアよりも
速い速度でエッチングされる可能性がある。推測に拘束されることは望まないが
、中性反応物主導処理においては、基板の縁部では中性反応物の濃度が高くなる
ため、縁部は速い速度でエッチングされると考えられている。図１に戻ると、中
性反応物１２６の密度は領域１３０で高い。これはこの領域が底部電極の上に位
置しており、基板の一部の上に位置する中性反応物のように容易に消費されない
ためである。
【０００７】 さらに、不均一なエッチング速度は半導体回路内のデバイスの欠陥につながる
恐れがある。例えば、不均一なエッチングは、トレンチの側壁でのアンダカット
を引き起こす可能性がある。通常、アンダカットは伝導線の厚さを減らし、また
は場合によっては断線を引き起こす恐れがあり、これはデバイスの欠陥につなが
る場合がある。さらに、不均一なエッチングは一般にエッチング処理の時間を増
やし、基板のスループットを減少させる。
【０００８】 均一なエッチングを達成する方法の一つは、プラズマリアクタ内部に均一化リ
ングを設けることである。大まかに言うと、均一化リングは壁によって基板を取
り囲むように設計され、その壁は、中性反応物の一部、特に高密度中性反応物エ
リアに存在する中性反応物が基板内に拡散するのを妨げる。これにより、基板縁
部の中性反応物が基板と相互作用するのを防止するため、より均一なエッチング
が達成できる。さらに、基板の出入りを可能にするために、均一化リングは上下
に移動するように設計される。
【０００９】 図２Ａおよび２Ｂでは、図１のプラズマ処理室１００と共に可動均一化リング
２０２を示している。図２Ａでは降下位置にある可動均一化リング２０２を示し
ており、図２Ｂでは上昇位置にある可動均一化リング２０２を示している。たい
ていの場合は、可動均一化リング２０２が降下位置にある時、基板２０６縁部近
くの中性反応物２０４は、基板２０６縁部に拡散するのを実質的に遮断され、可
動均一化リング２０２が上昇位置にある時、基板２０６の出入りのために均一化
リング２０２と底部電極２０８との間に空間２１０が設けられる。
【００１０】 しかしながら、均一化リングの移動には欠点がある。通常、処理中に基板の上
に配置される移動構造は、基板上の異物を発生させる傾向にある。これは、こう
した構造がエッチング副産物（ポリマ等）が付着する面を提供し、均一化リング
が移動する時、この付着物が基板上に剥離し、微粒子異物を発生させる可能性が
あるためである。微粒子異物は望ましくないおよびまたは予測できない結果を生
み出す可能性がある。例えば、基板表面上の微粒子は、エッチングする必要があ
る基板の一部をブロックする可能性がある。これにより、トレンチが適切に形成
されず、これがデバイスの欠陥につながり、生産性が低下する恐れがある。加え
て、底部電極が上下に移動するように設計する場合も同じ結果となる。
【００１１】 均一なエッチングを達成する別の方法は、スリットのある固定均一化リングを
設けることである。このスリットは一般に、基板が出入りできるように構成され
る。しかしながら、スリットは欠点を有する。たいていの場合、このスリットは
均一化リングの片側のみ、または均一化リングの一部のみに設計されるため、処
理中、粒子が基板周囲に均等に分布しなくなる。つまり、基板の１エリアが、他
のエリアよりも多くの量の反応粒子と接触する。これは不均一なエッチング速度
を生み出しやすい。さらに、スリットは多くの角および表面エリアを作り、付着
材料に表面を提供する結果につながる。これは一般に洗浄を困難にし、異物の増
加の一因となる。加えて、均一化リングの開口部は形成するのが困難であり、特
に、均一化リングを形成するために一般的に使用される材料では、困難である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した点より、基板へ送る反応物の量を制御する均一化リングを使用して、
より均一なエッチング速度を得るための改良された方法および装置が望まれる。
そして、その方法および装置は、均一化リングを移動させることなく、或いは均
一化リング近傍で非対称フローパターンを作り出すことなく、基板を出入りさせ
る物であることが望まれる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一実施形態において、半導体基板を処理するプラズマ処理リアクタ
に関係する。この装置はチャンバを含む。加えて、このチャンバは基板を保持す
るように構成された底部電極を含む。この装置はさらに、基板の外周を取り囲む
ように構成された固定均一化リングを含む。さらに、固定均一化リングはチャン
バの一部と結合され、底部電極の上方に垂直空間を形成するように、前記底部電
極の上方に空間をあけた関係で配置されている。さらに、この垂直空間は、基板
が出入りするための空間を提供するように構成される。また、固定均一化リング
は、固定均一化リングの外側から基板の縁部に向けての第一の粒子の拡散を実質
的に減少させる厚さを有する。
【００１４】 更なる実施形態において、この垂直空間は、処理中に形成されるエッチング副
産物を除去するように構成される。加えて、固定均一化リングの内周表面は、基
板の外周から離れている。さらに、均一化リングの外周表面にテーパが設けられ
ており、このテーパは、第一の粒子の一部を基板縁部から離れる方向に向けるこ
とによって、処理中に基板縁部へ送られる第一の粒子の量を減少させる拡散障壁
を構成する。また、固定均一化リングは、処理中に生成される副産物の排出経路
の実質的に外側に配置された支持装置によって、空間をあけた関係で配される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面に示したいくつかの好適な実施形態に基づき、詳細に説明
される。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具
体的な詳細を述べる。しかしながら、当業者にとって、こうした具体的な詳細の
一部または全部がなくとも、本発明を実施できることは明白である。また、本発
明を不必要に曖昧にしないため、広く知られた処理ステップについては詳細に説
明していない。
【００１６】 本発明は、処理中に基板に分布する粒子の量を制御する均一化リングを提供す
る。この均一化リングはプラズマ処理室に対して固定されており、底部電極の上
に間隔の空いた関係で配置される。間隔の空いた関係は、基板の移動（出入り等
）のための空間およびエッチング中に形成される副産物を除去する隙間の両方を
提供する。この均一化リングは、粒子を底部電極に向けるために構成された開口
部も含む。さらに、この均一化リングは、処理中に基板に分布する粒子の量を制
御するのに役立つ十分な壁の厚さおよびまたはテーパを有するように設けられる
。
【００１７】 本発明の一態様によれば、エッチング中の基板上のエッチング特徴部位に関す
る均一なエッチング速度は、プラズマ処理リアクタ内に均一化リングを導入する
ことで達成される。ここで「エッチング特徴部位」という用語は、例えば、トレ
ンチ、コンタクト、バイアまたは同様のもの等を含む。エッチングは、プラズマ
処理室内のチャック上に基板が配置されている時に起きる。処理ガスを、プラズ
マ処理室に注入し、電極に供給する高周波電力によって加圧し、ここで高周波エ
ネルギによりガスを分解し、プラズマを生成する。プラズマの生成に続いて、チ
ャンバ内の中性粒子が拡散（または）対流によって基板表面に移動する。その後
、下の電極に電力を供給すると、イオンは基板に向かって加速する。基板表面の
加速したイオンと中性反応物は、基板表面に配置された素材と反応するため、基
板はエッチングされる。一般に、中性反応物の密度は基板縁部で高く、基板中央
部と縁部との間で不均一なエッチングが生じる。底部電極の上に均一化リングを
導入し、基板周囲を取り囲むことで、基板縁部周辺の中性粒子は、基板縁部と反
応するのを実質的に妨げられる。基板縁部に隣接する中性粒子の密度の減少は、
より均一なエッチングを生み出すのに役立つ。
【００１８】 本発明の別の態様によれば、この均一化リングはプラズマ処理室に関して固定
されるように準備する。固定されることで、この均一化リングは、均一化リング
の移動に伴う微粒子異物を減少させる。
【００１９】 本発明の別の態様によれば、この均一化リングは、底部電極の上に間隔を空け
た関係で平らに配置される。一実施形態において、間隔を空けた関係は基板の出
入りのための空間を提供する。別の実施形態において、この空間はさらに、処理
中のエッチング副産物を除去するように構成される。さらに、均一化リングを電
極全体で平らに配置することにより、対称な空間が形成されるため、より均一な
エッチングが達成できる（例えば、基板中央部と縁部とがほぼ同じエッチング速
度を有する）。
【００２０】 本発明の別の態様によれば、この均一化リングは、基板縁部の近辺に存在する
中性反応物の拡散を実質的に防止する寸法にする。基板縁部の近辺に存在する粒
子の量を減らすことで、さらに均一なエッチングが達成できる。実施形態の一つ
において、この均一化リングは、間隔を空けた関係によって設けられた空間を通
じて基板縁部に向かう中性反応物の拡散を、実質的に防止する厚さを有するよう
に設計される。別の実施形態において、均一化リングの外周表面はテーパ状に構
成される。このテーパは、基板縁部から離れる方向に粒子の一部を向けることに
よって基板縁部へ送られる粒子の量を減らす、拡散障壁を提供するように設計さ
れる。
【００２１】 好適な実施形態において、本発明は、ＴＣＰ９６００（商標）プラズマリアク
タの技術に基づく、誘導結合プラズマリアクタ等の高密度プラズマリアクタで実
施される。ＴＣＰ９６００（商標）プラズマリアクタは、カリフォルニア州フレ
モントのラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能である。図３は、この
誘導結合プラズマリアクタの概略図を示している。プラズマリアクタ３００は、
チャンバ壁３０３によって囲まれるプラズマ処理室３０２を含む。チャンバ壁３
０３は、処理中にチャンバ内に存在するプラズマによるエッチングに対して実質
的に抵抗力のある材料で形成されることが好ましい。グランドへの電気経路を設
けるために、チャンバ３０２のチャンバ壁は通常アースする。チャンバ３０２の
上には、（コイルに代表される）アンテナ３０４が配置される。アンテナ３０４
には、第一の高周波電源３０６により、マッチングネットワーク（図解を簡略化
するため図２には表示せず）を通じて電力が供給される。誘電体ウィンドウ３０
８が誘導電極３０４の下に配置されることが好ましい。
【００２２】 一般に、ガスインジェクタ３１０がチャンバ３０２内に設けられる。ガスイン
ジェクタ３１０は、チャンバ３０２の内周周辺に配置され、エッチングソースガ
ス等の気体ソース材料を誘導体ウィンドウ３０８と基板３１２との間の高周波誘
導プラズマ領域に放出するように設けられることが好ましい。または、この気体
ソース材料は、チャンバ自体の壁に作りつけたポートから放出することもでき、
もしくは、誘導体ウィンドウに配置したシャワーヘッドを通じて放出することも
できる。基板３１２は、チャンバ３０２内に導入され、チャック３１４上に配置
される。チャック３１４は、底部電極として働き、第二の高周波電源３１６によ
って（同じく一般にマッチングネットワークを通じて）バイアスがかけられてい
ることが好ましい。さらに、チャック３１４は、オプションとして、フォーカス
リング３１７を含むことが可能であり、酸化アルミニウム等のセラミック素材で
作られていることが好ましく、底部電極の周囲に配される。チャック３１４は、
代表的なものとしては、例えばＥＳＣ（静電）チャックがあり、これは静電力に
よって基板３１２をチャックの表面に固定する。
【００２３】 さらに図３において、通常、排出ポート３１８がチャンバ３０２の周囲に配置
される。排出ポート３１８は、通常はチャンバ３０２の外に位置するターボ分子
ポンプ（表示なし）と結合する。たいていの場合、ターボ分子ポンプはチャンバ
３０２内の適切な圧力を維持する。伝導線を形成する好適な装置として高密度誘
導結合リアクタが利用され、特に良好な結果を示しているが、静電容量結合また
はＥＣＲリアクタ等、プラズマの形成に適した任意のプラズマリアクタを使用す
ることが可能である。
【００２４】 これらに対応して、プラズマを形成するために、ガスインジェクタ３１０を通
じて処理ガスをチャンバ３０２内に注入する。その後、第一の高周波電源３０６
を使用してアンテナ３０４に電力を供給し、チャンバ３０２内部に大きな電界を
形成する。この電界はチャンバ内部に存在する少数の電子を加速し、処理ガスの
ガス分子と衝突させる。こうした衝突によってイオン化と放電が開始され、プラ
ズマ３２０が生じる。この技術において広く知られるように、処理ガスの中性ガ
ス分子は、こうした強力な電界の影響を受ける時、電子を失い、正に荷電したイ
オンが残る。その結果、正に荷電したイオン３２２および負に荷電した電子３２
４がプラズマ３２０内に含まれる。さらに、中性ガス分子３２６（およびまたは
原子）が、プラズマ３２０内およびチャンバ３０２全体に含まれる。
【００２５】 本発明の特徴および従来技術に対する利点についてさらに解説するために、図
３において、本発明の一態様として、底部電極（またはチャック）３１４の上に
配置される均一化リング３５０を備えたプラズマ処理リアクタ３００を示す。均
一化リング３５０はプラズマ処理リアクタに関して固定されており、チャンバの
一部（チャンバ壁３０２、誘導体ウィンドウ３０８、およびまたは底部電極３１
４等）と結合されていることが好ましい。図３において、均一化リング３５０は
支持部材３５２によってチャンバ壁３０２と結合されて表示されている。加えて
、均一化リング３５０は、基板３１２縁部に隣接する領域３５３に位置する多量
の反応物が基板縁部と接触するのを防止するように設けられていることが好まし
い。
【００２６】 支持部材３５２は、底部電極３１４の上に間隔を空けた関係で均一化リング３
５０を配置するように設けられることが好ましい。この間隔を空けた関係は、基
板３１２の出入りのための垂直空間３５４を提供するように設計される。例えば
、基板は、垂直空間３５４を通じて基板を水平に移動させるハンドラ（フォーク
付きロボットアーム）によって搬送される。基板を底部電極の上に配置した後、
底部電極内部に配置され垂直に移動するピン（表示なし）が基板をハンドラから
持ち上げる。その後、ハンドラは収納され、ピンが降下して、基板を底部電極上
の処理位置に配置する。通常は、基板を適所に保持するためにチャックが作動す
る。都合の良いことに、基板はほとんど任意の方向から空間を通じて導入できる
ため、本発明の均一化リングは既存のプラズマ処理システムを改良するのに使用
できる。
【００２７】 さらに、均一化リング３５０の底部表面は、底部電極３１４の表面から均等な
間隔を空けている（例えば平行）。これにより、中性反応物３５６は、基板の周
囲に均等に分布するため、より均一なエッチング速度が達成される。しかしなが
ら、支持部材が基板周囲のガスの流れを乱す可能性があるため、支持部材は排出
経路から離して配置することが好ましく、または排出経路内の場合は、可能な限
り基板から離して、基板表面での均等なガスの分布を確保することに注意すべき
である。つまり、支持部材は基板外周近くで障壁を作るべきではない。障壁は、
ガスの流れを妨げる可能性があり、これは不均一なエッチング速度と基板外周に
沿った微粒子異物とにつながる恐れがある。これに対応して、支持部材は可能な
限り小さくし、同時に均一化リングを支持する強さを有することが好ましい。好
適な実施形態において、支持部材の幅（直径）は約１／８インチないし約１／４
インチである。加えて、支持部材は好ましくは基板の出入りを妨げないように配
置される。
【００２８】 一実施形態において、間隔を空けた関係で均一化リングを保持するために３本
の支持部材が使用される。しかし、本発明は３本の支持部材に制限されず、均一
化リングの支持を提供する限り、任意の数の支持部材を使用できることに注意が
必要である。好適な実施形態において、この支持部材はチャンバの側壁と結合す
る。この実施形態において、間隔を空けた関係によって形成される空間は、ガス
の流れを妨害するものを有しない。別の実施形態において、この支持部材は底部
電極と結合する。さらに別の実施形態において、この支持部材は均一化リングの
上の誘電体ウィンドウと結合する。
【００２９】 さらに、この均一化リングは、好ましくは、取り外し可能な形で支持部材と結
合する。一実施形態において、この均一化リングは支持部材とかみ合わせるため
の穴またはノッチ（またはスロット）を含む。この穴は、均一化リングを間隔の
空いた関係に維持するように設計される。これにより、この均一化リングは処理
室から容易に取り外しできる。均一化リングを取り外すことで、汚れた均一化リ
ングを洗浄する間、汚れのない均一化リングをチャンバ内に置けるため、プラズ
マリアクタのダウンタイムを少なくすることが可能になる。
【００３０】 基板の出入りのための空間を提供することに加え、空間３５４は、基板３１２
表面からエッチング中に形成されたエッチング副産物３５８を除去するために使
用される。通常、空間が提供されなければ、エッチング副産物の一部は基板３１
２外周近くの均一化リング側壁に付着する。前記のように、側壁への付着は微粒
子異物につながる恐れがある。空間を提供することで、均一化リングに付着する
材料は少なくなり、その結果、微粒子異物に関する歩留まりの問題は減少する。
さらに、均一化リングの洗浄が必要になる回数が減るため、基板のスループット
を増加させることができる。
【００３１】 推測に拘束されることを望んではいないが、エッチング速度は、粒子をどれだ
け速く基板に運ぶかと、結果として生じるガスをどれだけ速く取り除くかとによ
って決定されると考えられる。基板縁部に隣接する空間を提供することで、基板
表面の周辺から副産物を比較的素早く効率的に除去することが可能であり、その
結果、エッチング速度を増加できる。
【００３２】 好適な実施形態において、この間隔を空けた関係は、基板の出入りのための垂
直空間と、副産物のガスおよび微粒子を排出する空間とを提供する寸法にする。
その副産物のガスおよび微粒子を排出する空間は、同時に基板縁部を、均一化リ
ング外周に位置する高密度の中性反応物から実質的に遮断する。垂直空間は約１
／２インチないし３／８インチ（約１．２７ｃｍないし０．９５ｃｍ）の間隔を
提供することが好ましい。
【００３３】 さらに、均一化リング３５０は、基板３１２外周を取り囲むように設計される
。したがって、この均一化リングは、粒子が上方のプラズマ領域３２０から基板
３１２表面へ下向きに拡散する経路を提供する開口部３６０を有する。通常、開
口部３６０は均一化リングの内周表面を規定する。開口部３６０は、粒子を均一
に基板表面に向けるように設けられることが好ましい。プラズマの密度が開口部
３６０を通じて制御および限定される時、エッチングがさらに均一になりやすい
。たいていの場合、平らな垂直の壁は優れたエッチング結果をもたらす傾向にあ
り、これは平らな壁が基板表面へのより均一なプラズマの流れ（例えばイオン）
を生み出しやすいためである。したがって、均一化リングの内周表面を底部電極
に対して垂直にするのが好ましい。しかしながら、必要な場合は、基板表面へ向
けるプラズマの量を増加または減少させるために内周表面にテーパ部を設けるこ
とが可能である点に注意すべきである。例えば、正方向の傾斜が付いたテーパは
基板縁部のイオン濃度を高め、逆方向の傾斜が付いたテーパでは基板縁部のイオ
ン濃度を低める。
【００３４】 さらに、均一化リングの開口部は基板の形状と一致する形状を有する。通常、
基板は円形であるため、円形の断面である開口部を有するのが好ましい。これは
、より均一なエッチングを生み出す傾向にある。一実施形態において、開口部の
直径は、約１２インチ（約３０．４８ｃｍ）の基板サイズに関して、約１２イン
チ以上である。しかしながら、本発明は特定のサイズの基板に限定されず、任意
のサイズの基板を使用できることに注意すべきである。したがって、開口部の直
径は、好ましくは基板のサイズ以上とする。たいていは、基板の外周に関して均
一化リングをより均整のとれた形状にすれば、エッチングはより均一になる。し
たがって、一実施形態において、均一化リングは環状リングである。
【００３５】 加えて、好ましくは、均一化リング３５０内周表面と基板３１２外周との間に
隙間３７０が設けられる。好適な実施形態において、この隙間は約１／２インチ
（約１．２７ｃｍ）である。推測に拘束されることを望んではいないが、隙間を
有することは、基板へのイオンの消散を最小限にする傾向があると考えられてい
る（イオンの流れを調整するのに有効）。さらに、大きな隙間によって基板縁部
の中性反応物を遮断する効率が減少する傾向にあり、小さな隙間によって基板縁
部の中性反応物を遮断する効率が高くなる傾向にあることに注意すべきである。
したがって、利用する処理によって、この隙間を必要に応じて増加または減少さ
せることができる。
【００３６】 均一化リングの内周表面の高さは、基板へ送られる粒子に対して同様の影響を
有する。例えば、均一化リングの高さが増加すると、基板縁部の中性反応物の密
度は減少する。加えて、均一化リングの高さが増加すると、基板縁部に到達する
イオンの密度は負の影響を受ける。したがって、イオン密度と中性反応物密度と
のバランスを取る高さが使用される。好適な実施形態において、均一化リングの
高さは約１／２インチないし約１と１／２インチ（約１．２７ないし約３．８１
ｃｍ）である。
【００３７】 さらに、均一化リング３５０は、空間３５４を通じた粒子の拡散を実質的に防
ぐように構成された厚さ３８０を有する。この厚さを増やすことで、空間３５４
を通じて流入する中性反応物の量は減少する傾向にあるため、基板縁部に拡散す
る中性反応物の量は減少する。好ましくは、この厚さは可能な限り大きく設計す
る。一実施形態において、この厚さは約１／２インチ（約１．２７ｃｍ）以上で
ある。好適な実施形態において、この厚さは約１インチ（約２．５４ｃｍ）であ
る。
【００３８】 しかしながら、均一化リングの厚さは、ポンピングのためにある程度のエリア
を空けておく必要性によって制限される。たいていの場合、このオープンエリア
は、ターボ分子ポンプが排出副産物ガスを効果的に取り除き、望ましいチャンバ
圧を維持することを可能にするように設計される。チャンバ壁と均一化リングと
の間の距離３９０は、このオープンエリアを提供する寸法にする。距離３９０は
、ポンピング装置の開口部エリア以上の大きさの排出ポートエリア（例えば、均
一化リング外周とチャンバ壁内周との間のエリア）を形成するように設計される
ことが好ましい。好適な実施形態において、この距離は約２．５インチ（約６．
３５ｃｍ）である。さらに、副産物ガスを排出し望ましいチャンバ圧を維持する
開口部が提供される場合は、この均一化リングをチャンバ側壁まで拡張するよう
に設計できることに注意すべきである。
【００３９】 別の好適な実施形態において、この均一化リングは外周表面に沿ったテーパを
含む。この実施形態において、テーパは均一化リングの内側から離れる方向への
流れを作り出す。この流れは、均一化リングの外側へ向きを変える粒子を増やす
ことにつながるため、これにより処理中に基板縁部へ送られる反応物の量が減少
する。本発明のこの態様の解説を容易にするために、図４において、プラズマ処
理リアクタ４００内部のテーパ４０３が付いた均一化リング４０２を示す。この
プラズマ処理リアクタ４００は、チャンバ壁４０４と、底部電極４０６と、排出
ポート４０８とを含み、それぞれ図３のチャンバ壁３０３と、底部電極３１４と
、排出ポート３１８とに対応している。テーパ４０３は均一化リング４０２の外
周表面に設けられ、外側へ伸び、チャンバ壁４０４へ向かう傾斜を提供すること
が好ましい。
【００４０】 処理ガスがチャンバに注入され、プラズマ４０９が生成される時、チャンバ内
の粒子（イオン、電子、および中性反応物等）は様々な形で基板の方向へ向けら
れる。例えば、中性粒子４１１は拡散および対流によって基板表面へ移動する傾
向にあり、イオン４１３は引力（電位等）によって基板表面へ移動する傾向にあ
る。たいていの場合、こうした粒子がテーパのある均一化リング４０２と遭遇す
ると、こうした粒子の第一の部分は均一化リング４０２の開口部４１２を通じて
基板４１０の方向へ向けられ、第二の部分はテーパ４０３に沿って排出ポート４
０８の方向へ向けられる。これにより、粒子の一部は基板から離れる方向に導か
れるため、基板縁部、具体的には領域４２０における中性反応物の密度は減少す
る。さらに、テーパ形状は排出ポート４０８を通じた粒子のポンピングを最大化
するのを助ける。
【００４１】 さらに、テーパの付いた表面は、都合の良いことに、均一化リングに関して通
常見られる角および表面エリアの量を減少させる。通常、角および表面エリアは
副産物の付着（ポリマ等）を集めるエリアを形成する。この技術において広く知
られているように、付着の増加は微粒子異物の大きなリスクにつながり、均一化
リングの洗浄の増加により、基板のスループットを減少させる恐れがある。
【００４２】 さらに詳しい説明のために、図５では、本発明の一実施形態としての、テーパ
つき均一化リング５００の好適な形状の斜視図を示している。テーパつき均一化
リング５００は、図４の均一化リング４０２とすることができる。テーパつき均
一化リング５００は、均一化リング５００の内周表面５０４を規定する開口部５
０２を含む。内周表面５０４は好ましくは垂直な壁である。さらに、開口部５０
２は、基板の外周を取り囲むように設計される。表示はないが、この均一化リン
グの底部表面は水平に設計される。加えて、テーパつき均一化リング５００はテ
ーパ５０６を含む。別の好適な実施形態において、この均一化リングは、チャン
バ内に存在するプラズマによるエッチングに対して十分な抵抗力を有する（例え
ば反応粒子に対して不活性な）素材で形成されることが好ましい。この均一化リ
ングは、基板を過度に汚染することなく、プラズマ環境に耐えることが可能な素
材で形成するべきである。一実施形態において、好ましくはセラミック素材が利
用される。別の実施形態においては、ＳｉＣ、酸化アルミニウム、石英、または
デラウェア州のデュポン・ケミカル・コーポレーションのＶｅｓｐｅｌ（登録商
標）等の素材を使用できる。さらに、この均一化リングは前記素材により全体を
コーティングした別の素材で形成できる。さらには、支持部材も同様の方法で形
成できる。
【００４３】 本発明の特定の一応用においては、上にアルミニウム層（伝導層等）を有する
１２インチ（３０．４８ｃｍ）の基板を前記プラズマ処理リアクタシステムでエ
ッチングする。代表的なマスク材料としてはフォトレジスト層があり、エッチン
グ物質には塩素含有ガス（例えばＣｌ2等の塩素ガス）を含む。しかしながら、
本発明は特定のサイズの基板、特定の伝導層、特定のガスの混合、特定の処理パ
ラメータのセット、およびまたは特定のプラズマチャンバには限定されない。
【００４４】 前記プラズマ処理リアクタシステム内の圧力は、約７ミリトール（ｍＴ）ない
し約２０ｍＴに維持することが好ましく、エッチング中、約１０ｍＴに維持する
ことがさらに好ましい。上部高周波アンテナ電力は、約５００ワット（Ｗ）ない
し約２０００Ｗに維持することが好ましく、エッチング中、約１０００Ｗに維持
することがさらに好ましい。底部電極電力は、約１００ワット（Ｗ）ないし約３
００Ｗに維持することが好ましく、エッチング中、約２５０Ｗに維持することが
さらに好ましい。加えて、アンテナと底部電極との間の間隔は約６．５インチ（
約１６．５１ｃｍ）である。さらに、Ｃｌ2は毎分１２０標準立法センチメート
ル（ｓｃｃｍ）で処理室内に流入し、ＢＣｌ2は約８０ｓｃｃｍで流入し、Ｎ2は
約３０ｓｃｃｍで流入する。
【００４５】 しかしながら、関与する基板が小さいまたは大きい時、構成ソースガスの流量
は必要に応じて増減できることに注意が必要である。したがって、様々な構成ガ
ス間の相対的な流量（特定のガスの流量に対するパーセンテージで表現可能）が
重要であり、各構成ガスの絶対的な流量は、異なる基板サイズに合わせるために
、必要に応じて変更できる。加えて、両方の高周波電源レベルは、一定のシステ
ムおよびまたは基板スタックに関して、適切な全体的エッチング速度、フォトレ
ジスト選択性を達成し、望ましいエッチング形状を維持するために、最適化でき
る。
【００４６】 代替実施形態において、この均一化リングは、エッチング処理全体に均一な温
度を提供し、均一化リング表面に蓄積するポリマの量を減らすために加熱される
。たいていの場合、エリアの温度が低ければ、付着が多く発生する可能性が高く
なる。したがって、この均一化リングは、均一化リング側壁でのポリマの付着を
防ぐのに十分な高温となるように設けられることが好ましい。さらに、いったん
処理パラメータのセットが決定された後は、それらを各エッチングにつきに維持
することが好ましい。たいていの場合、処理の偏りはエッチング結果に悪影響を
与える。したがって、優れた制御を行うために、処理に関する均一化リングの温
度を一定に保つのが好ましい。
【００４７】 さらに詳しく説明すると、この均一化リングは伝導または放射によって加熱す
ることができる。これは、均一化リング内部または外部の加熱コイル（電気式等
）、加熱ランプ、および流体経路等によって実施できる。一実施形態において、
支持部材は、均一化リングに熱を供給するように設計される。この実施形態にお
いては、ヒータが支持部材を通じて均一化リングに熱を伝える。さらに、疲労の
問題から、この均一化リングは熱膨張を可能にする湾曲を含むことができる。別
の実施形態において、均一化リングの温度は自動的に制御される。例えば、プラ
ズマが荷電した時は、チャンバ内の温度が一般に高まるため、コントローラは適
切な温度を維持するためにヒータの出力を減らすように設計される。これに対応
して、プラズマが存在しない時はヒータが熱を発生させる。
【００４８】 前記から分かるように、本発明は従来技術に対する多数の利点を提供する。例
えば、本発明は基板の出入りのために構成された固定均一化リングを提供する。
これに対応して、この固定均一化リングは、処理中の基板外周での中性反応物の
拡散を実質的に防止するため、均一なエッチング速度が達成される。さらに、本
発明は、エッチング中に生成された不要な副産物を除去するために、基板表面近
くに空間を提供する。その結果、微粒子異物が減少し、より効率的なエッチング
反応が得られる。
【００４９】 加えて、本発明は製造および洗浄を容易にする単純な設計を提供する。例えば
、この均一化リングは、側壁を通る開口部またはスリット（すなわち、多くの表
面および多くの角等）のない環状リングである。さらに、均一化リングの側壁に
スリットおよび開口部を有しないこと、およびさらに基板から均等な間隔を空け
ていることにより、基板表面の周囲において対称なガスの流れが作り出され、そ
の結果、より均一なエッチング速度が生じる。さらに、本発明は容易に取り外し
可能であるため、基板のスループットに影響を与えずに洗浄できる。
【００５０】 以上、本発明をいくつかの好適な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の
範囲に含まれる変更、変形、均等物が存在する。また、本発明の方法および装置
を実施する多くの代替方法が存在することにも留意すべきである。したがって、
前記特許請求の範囲は、本発明の本来の趣旨および範囲内にあるこうした変更、
変形、および均等物を含むものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、限定のためではなく例示のために、添付図面において表示される。
添付図面においては、同じ参照数字は同じ構成要素を表す。
【図１】 従来技術の誘導プラズマ処理リアクタを示す概略図。
【図２Ａ】 降下位置にある移動均一化リングを備えた従来技術の誘導プラズマ処理リアク
タを示す概略図。
【図２Ｂ】 上昇位置にある移動均一化リングを備えた従来技術の誘導プラズマ処理リアク
タを示す概略図。
【図３】 本発明の一実施形態としての、底部電極との間に空間をあけた関係を有する固
定均一化リングを備えた誘導プラズマ処理リアクタを示す概略図。
【図４】 本発明の一実施形態としての、テーパつき外周表面を有する固定均一化リング
を備えた誘導プラズマ処理リアクタを示す概略図。
【図５】 本発明の一実施形態としての、均一化リングの好適な形状を示す斜視図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 コリソン・ウェンリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州94539 フリモント，リバーモア・コモン， 43257 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA20 BB23 BB29

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板を処理するプラズマ処理リアクタであって、 前記基板を保持するように構成された底部電極を含むチャンバと、 前記基板の外周を取り囲むように構成された固定均一化リングであって、前記
    チャンバの一部と結合され、前記底部電極の上方に垂直空間を形成するように、
    前記底部電極の上方に空間をあけた関係で配置された固定均一化リングと、を備
    え、 前記垂直空間は、前記基板が出入りするための空間を提供するように構成され
    、 前記固定均一化リングは、前記固定均一化リングの外側から前記基板の縁部に
    向けての第一の粒子の拡散を実質的に減少させる厚さを有する、プラズマ処理リ
    アクタ。
  2. 【請求項２】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記垂直空間が、さらに、前記処理中に生成されるエッチング副産物を除去す
    るように構成されるプラズマ処理リアクタ。
  3. 【請求項３】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記均一化リングが前記チャンバの側壁に結合されているプラズマ処理リアク
    タ。
  4. 【請求項４】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記均一化リングが前記底部電極の一部に結合されているプラズマ処理リアク
    タ。
  5. 【請求項５】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記均一化リングが前記チャンバの天板に結合されているプラズマ処理リアク
    タ。
  6. 【請求項６】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記垂直空間が約１／２インチないし約３／８インチであるプラズマ処理リア
    クタ。
  7. 【請求項７】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、前記処理中に前記チャンバ内に存在するプラズマに
    よるエッチングに対して実質的に抵抗力のある材料で形成されているプラズマ処
    理リアクタ。
  8. 【請求項８】 請求項７のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、セラミック素材で形成されているプラズマ処理リア
    クタ。
  9. 【請求項９】 請求項７のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、ＳｉＣ、酸化アルミニウム、石英、またはＶｅｓｐ
    ｅｌ（登録商標）からなるグループから選択された素材で形成されているプラズ
    マ処理リアクタ。
  10. 【請求項１０】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記均一化リングが、前記処理中に前記チャンバ内に存在するプラズマによる
    エッチングに対して実質的に抵抗力のある材料でコーティングされているプラズ
    マ処理リアクタ。
  11. 【請求項１１】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングの内周が、前記基板の形状と一致する形状を有するプラ
    ズマ処理リアクタ。
  12. 【請求項１２】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングの内周が、円形の形状を有するプラズマ処理リアクタ。
  13. 【請求項１３】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングの内周が、約１２インチ以上の直径を有するプラズマ処
    理リアクタ。
  14. 【請求項１４】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングの内周が、前記底部電極に対して垂直であるプラズマ処
    理リアクタ。
  15. 【請求項１５】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、前記底部電極と平行であるプラズマ処理リアクタ。
  16. 【請求項１６】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングの内周表面は、前記基板の外周から離れているプラズマ
    処理リアクタ。
  17. 【請求項１７】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、前記第一の粒子の分配のバランスを取るための高さ
    を有するプラズマ処理リアクタ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが、約１／２インチないし約１と１／２インチの高さを
    有するプラズマ処理リアクタ。
  19. 【請求項１９】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記厚さが約１／２インチ以上であるプラズマ処理リアクタ。
  20. 【請求項２０】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記固定均一化リングが環状のリングであるプラズマ処理リアクタ。
  21. 【請求項２１】 請求項１のプラズマ処理リアクタであって、 前記均一化リングの外周表面にテーパが設けられており、 前記テーパは、前記第一の粒子の一部を前記基板縁部から離れる方向に向ける
    ことによって、前記処理中に前記基板縁部へ送られる前記第一の粒子の量を減少
    させる拡散障壁を構成するプラズマ処理リアクタ。
  22. 【請求項２２】 請求項７の方法であって、 前記均一化リングは、前記処理中に生成される副産物の排出経路の実質的に外
    側に配置された支持装置によって、前記空間をあけた関係で配置されている方法
    。
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