JP2007500937A - プラズマ処理装置における還流電流のバランス方法 - Google Patents
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Abstract
プラズマ処理リアクタ(200)は、チャンバー(202)および基板支持(216)を含む。チャンバーは、チャンバーの側壁へ延びる開口を含む。基板支持は、チャンバー内に着脱自在に取り付けられる。チャンバーの開口は、基板支持をチャンバーから開口を通過させて取り除くことができる大きさである。チャンバー内の内壁および基板支持の表面部に被膜(228)が施される。被膜は、電気抵抗材料から作られ、内壁の表面部に沿ってインピーダンスを生じさせる一方、チャンバーの反対側より多くのRF還流電流を流す。また、被膜は、チャンバーの内壁の表面に沿ってRF還流電流の密度が実質的になるように、基板支持に沿ってインピーダンスを生じさせる。
【選択図】 図2
【選択図】 図2
Description
本発明は半導体ウェハのような基板を処理する装置に関する。より詳細には、本発明はプラズマを生成する半導体処理装置に関する。
ガスプラズマは、プラズマエッチングおよびプラズマ蒸着の用途を含む、種々の集積回路製造プロセスで広く用いられる。一般に、低圧ガスをチャンバーに導入し、電場が生じるように電気エネルギーをチャンバー内へ導くことによって、ガスプラズマは処理チャンバー内で生成される。個々の電子−気体分子衝突により運動エネルギーを伝達することによって個々の気体分子をイオン化するチャンバー内において、電場は電流を生じさせる。電子が電場内で加速されると、気体分子の効率的なイオン化を引き起こす。気体と自由電子のイオン化粒子は、ガスプラズマと呼ばれるものを集合的に形成する。
ガスプラズマは、種々様々な集積回路製造プロセスで有用である。よく用いられる1つのプロセスは、プラズマエッチングプロセスであり、材料層を基板の表面から除去または「エッチング」する。プラズマのイオン化気体粒子は、一般的に正に帯電する。エッチングプロセス中に、表面をボンバードして基板表面をエッチングするため、正のイオン化プラズマ粒子を基板表面に引き付けるように基板を負にバイアスする。
誘導結合プラズマエッチング装置を、半導体デバイスの処理および製造において用いてもよい。処理チャンバーに対して設置される成形コイルまたは成形アンテナは、エネルギーをチャンバー内へ誘導結合することによって、高密度プラズマをチャンバー内おいて生成し、維持する。一般的に、誘導結合プラズマエッチング装置は、RF電力をプラズマチャンバー内のチャックに供給するRF発電機を含む。
しかしながら、RF還流電流は、いくつかの誘導結合プラズマエッチング装置において、被処理ウェハの半径方向に均一に流れない可能性がある。図1は、RF還流電流は、被処理ウェハの半径方向に均一に流れない誘導結合プラズマエッチング装置100を示す。プラズマチャンバー102は、支持アーム106上に設置した静電チャック(ESC)104を収納する。絶縁体108は、支持アーム106からESC104を電気的に絶縁する。ESC104は、処理されるウェハ110を受け入れて支持する。チャンバー102の底部などの端壁の大きな出口124に連結した適切な真空ポンプ122により、チャンバー102の内部120において真空状態が維持される。支持アーム106に対向する側壁に沿ったウェハの運搬126によって、ウェハは処理チャンバー102に出入りすることができる。真空処理チャンバー102は、誘電体窓130の外側の平面コイル128のような外部RFアンテナを通してRF電力を供給することができる。誘電体窓130は、チャンバー102の上部などの端壁としての機能を果たす。
支持アーム106は、プラズマチャンバー102の側壁の開口を通してプラズマチャンバー102に着脱自在に取り付けられる。RF発電機114は、整合回路116を通してESC104にRF電力を供給する。RF発電機114によって発生する入力RF電流は、RF供給ロッド118を通過する。支持アーム106が非軸対称性状であるため、発電機114へのRF還流電流が軸対称とはならず、最小および最大路程を有する。プラズマを通過してチャンバー内壁を流れる最小RF還流電流路は、「A」で表示した矢印で示され、最大RF還流電流路帰路は、「B」で表示した矢印で示される。還流電流路が非軸対称性状であるため、ウェハのエッチング速度パターンは、ウェハ上で不均一となる可能性がある。
一般的に、金属要素、例えばウェハ支持アーム106および真空チャンバー102などは、低周波数に対してかなり高い導電率を有するアルミ合金から作られる。これらの金属要素のインピーダンスは、より高い周波数においてますます重要になる。そのようなものとして、RF発電機114からウェハ110を通って戻るRF還流電流路が軸対称ではない場合、RF電流が、ある方位角位置において他方位角位置よりも大きいインピーダンスに遭遇すると、処理の不均一が生じる。特定の状態に依存する、その処理において許容できない不均一が、ウェハ面全体で起き得る。
プラズマ処理チャンバーの安定した結果を維持するため、均一な処理を行なうようにウェハのRF還流電流を均一にする、RF還流電流のバランス方法および装置を必要とする。本発明の主な目的は、これらの必要を解決し、さらに関連する利点を提供することである。
プラズマ処理リアクタは、チャンバーおよび基板支持を含む。チャンバーは、チャンバーの側壁へ延びる開口を含む。基板支持は、チャンバー内に着脱自在に取り付けられる。チャンバーの開口は、基板支持をチャンバーから開口を通過させて取り除くことができる大きさである。チャンバー内の内壁および基板支持の表面部に被膜が施される。被膜は、電気抵抗材料から作られ、内壁の表面部に沿ってインピーダンスを生じさせる一方、チャンバーの反対側より多くのRF還流電流を流す。また、被膜は、チャンバーの内壁の表面に沿ってRF還流電流の密度が実質的になるように、基板支持に沿ってインピーダンスを生じさせる。
本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の一または複数の実施形態を例示し、詳細な記述とともに、本発明の原理および実施を説明するのに役立つ。
本発明の実施形態は、プラズマエッチング装置に関連して本願明細書に記述される。当業者には、以下の本発明の詳細記述は例示に過ぎず、決して限定されることを意図しないことが理解されよう。本発明の他の実施形態は、本発明の利益を有する当該業者に対して示唆されよう。参照は、添付図面に例示されるように本発明の実施を詳細に説明する。同じ参照表示は、図面および以下の詳細記述を通して、同一または類似の部分を参照するように使用される。
明確に説明するために、本願明細書に記述される実施形態の一般的な全ての特徴が示され、説明されるというわけではない。もちろん、このような実際のいかなる実施形態の開発における、実施形態に限定される多くの実装時固有事項は、開発者の特定の目標、例えば応用およびビジネスに関連する制約に準拠することを達成しなければならず、ある実施形態から別の実施形態へ、そしてある開発者から別の開発者へ変化すると考えられることが理解されよう。さらに、かかる開発努力は、手間と時間がかかる場合があり、それにもかかわらず本発明の開示の利益を有する当業者にとって日常的な取り組みであることが理解されよう。
図2は本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置200を示す。プラズマ処理装置200は種々の半導体プラズマ処理工程、例えばエッチング、蒸着、レジスト除去などに使用されてもよい。誘導結合プラズマ源を備える真空処理チャンバー202が図2に例示され、処理ガスは、適切な装置(図示せず)、例えばガス供給リング、ガス供給板、噴射ノズルなどによって処理チャンバー202に供給される。処理チャンバー202の底部などの端壁の大きな出口208に連結した適切な真空ポンプ206により、チャンバー202の内部204において真空状態が維持される。真空処理チャンバー202は、誘電体窓212の外側の平面コイル210のような外部RFアンテナを通してRF電力を供給することができる。誘電体窓212は、チャンバー202の上端のような端壁としての機能を果たしてもよい。しかしながら、プラズマ発生源は、ECRリアクタ、平行平板リアクタ、ヘリコンリアクタ、ヘリカル共振器などの他のタイプのプラズマ発生装置であり得る。
基板214は、チャンバー202内で、チャンバー202の側壁からの支持アーム218のようなモジュール式の固定装置によって着脱自在に支持される、基板支持216上に支持される。図2に示すように、アセンブリ216/218をチャンバー202の側壁の開口を通過させることによって、基板支持/支持アームアセンブリ216/218全体を、チャンバー202から除去することができるように、基板支持216は、片持ちの形態で取り付けた支持アーム218の一端に存在する。基板支持216は、チャッキング装置、例えば誘電体窓212の下のチャンバーの中央部に位置する機械的リングクランプ(図示せず)およびRFバイアス電極(図示せず)などを含んでもよい。あるいは、チャッキング装置は、水冷チャンネルを含むアルミのような導電性材料で作られ、チャンバーの一部に接地される静電単極チャック、またはアルミナのような絶縁材料の層で被覆された導電性電極を有する多極チャックなどのいかなる適切な装置を含んでもよい。
本発明によるチャック装置を、プラズマまたは非プラズマ環境で使用することができる。従って、本発明の特定の実施形態は、半導体基板をプラズマ環境で保持するために用いられるチャックに関連して以下に記述され、本発明による基板支持アセンブリ216/218を、他の処理チャンバー内で使用することができる。さらに、チャック装置は、(1)機械的クランプ、(2)半導体ウェハまたは誘電体基板をプラズマ、非プラズマ、真空、または非真空環境で保持する、単極ESC、二極ESC、多極ESC、または磁束線ESC、あるいは(3)誘電体基板、例えば平面パネルディスプレイを作成する際に用いられるガラスパネルなどをプラズマ環境で保持する単極ESCを組み入れることができ、クランピング用にイオンを基板表面に供給するため、プラズマを使用せず、むしろ、単極ESCとプラズマ処理チャンバーの壁部分など接地面との間に電気回路を完成させる。ESCは基板の下面のガス冷却を備えていようがなかろうが、基板は、基板支持216の水冷部分によって温度制御してもよい。基板支持216は、クランプされる特定の基板をクランプするのに適した、長方形、正方形、円形、または他の形状であり得る。
絶縁体220は、基板支持216を支持アーム218から電気的に絶縁する。RF発電機222は、整合回路223を通して基板支持216にRF電力を供給する。電線用導管224、即ちRF供給ロッドを介して基板支持216にRF発電機222を結合する。一実施形態によると、処理チャンバー202は、支持アーム218と反対の側壁に沿ってウェハ運搬開口226をも含む。ウェハ運搬開口226は、ウェハを処理チャンバー202に出し入れすることを可能にする。
さらに、図2は、プラズマチャンバーの形状に基づくRF還流電流の非対称性を示す。短いRF還流電流路は矢印Aによって示され、長いRF還流電流路は矢印Bによって示される。プラズマチャンバー内を巡る電流密度のバランスをとるため、基材(例えば、この場合はアルミ合金)より大なり小なりの抵抗を有する材料の薄いフィルム228を、プラズマチャンバー202の内壁表面の部分に被覆してもよい。薄いフィルムは、プラズマチャンバー202の物理的構成による非対称のバランスをとるため、短いRF還流電流路のインピーダンスを大きくするか、または小さくする。短い路程と長い路程の両方に沿ったRF還流電流のバランスは、ウェハ214におけるRF還流電流を均一にすることによって、より均一な処理を行なうことができるようにする。
本発明の一実施形態による、プラズマチャンバー内を巡るRF電流の密度を一様にする1つの方法は、短いRF還流電流路に影響する、チャンバー202の内壁の表面に沿って選択された位置に、大なり小なりの電気抵抗を有する(例えば、ニッケルめっき、または銅めっき)被膜を施すことによって、チャンバー202の内壁に沿って金属表面のインピーダンスを変化させることである。
また、チャンバー202内を全般的に巡るRF還流電流は、フィルムの厚さ、フィルムの材料の種類、ならびにフィルムの配置および形状によって影響を受ける可能性がある。一実施形態に従って、被覆フィルムは、約13.56MHzのRF周波数に対して、約0.003インチ未満の厚さを有するニッケルめっき層を含んでもよい。当業者によって、RF電流が金属の表面を流れる、いわゆる表皮効果と、低いRF周波数を使用する実施形態が高いRF周波数を用いる実施形態よりも厚いフィルムを用いてもよいということは理解されよう。インピーダンスを大きくするために、短い還流路に沿って内壁の表面の部位に被膜を施してもよい。例えば、図2に示すように、処理チャンバー202は、支持アーム218の内壁228に沿った短いRF還流電流路に沿って被膜228を含んでもよい。また、別の実施形態に従って、支持アーム218の内壁228の表面に隣接する処理チャンバー202内の上部内壁230の表面を、フィルムで被覆してもよい。あるいは、小さなインピーダンスが使用される場合は、長い路程の内壁に被膜を施すこともあり得る。
図3は、本発明の一実施形態によるプラズマエッチング装置の基板支持の斜視図であり、基板支持302を備える片持ちチャックアセンブリ300が例示される。アセンブリ300は、基板支持302、支持アーム304、および取付フランジ306を含む。図4に示すように、取付フランジ306は、処理チャンバー400の側壁404の開口402に嵌合する部分308を含む。図示された実施形態において、支持アーム304の一端は基板支持302の外面に接合し、支持アーム304の反対側の端は取付フランジ306の部分308に接合する。この構成は、一体機構のような種々の形をとることができ、基板支持、支持アーム、およびフランジが、単一片の材料から形成されるか、または複数の個別部品が共に結合されて、片持ちチャックアセンブリを形成することができる。基板支持302は、能動部品、例えば、単数または複数のESC電極、RFバイアス電極、リフトピン穴、He後部冷却ガス供給などを有する着脱自在のキャップ(図示せず)を含んでもよい。
図4に示すように、チャンバー400は、半導体ウェハ、フラットパネルなどのような基板を、チャンバー400の内部408に出入りする適切な運搬機構によって例えば水平方向に運搬することを可能にする、基板運搬スロット406を含む。図示された実施形態では、チャンバー400の内部408は、円筒状側壁面410、および出口414を囲む環状底面412を含む。取付フランジ306がチャンバー400の外部に取り付けられる場合、取付フランジ306の部分308は、円筒状側壁面410の開口402の縁に沿った縁312を有する曲面310を含む。支持アーム304は、基板支持302の支持面から垂直にずれた外周を含む。基板支持302の外周が円筒状面410の内側に設置されるように、支持アーム304は、基板支持302をチャンバー400の内部408で支持する。さらに、部分308、および開口402を形成する面を、15度以下の角度でテーパーしてもよい。
全般的に、RF還流電流は、チャンバー400の内壁410の表面、およびアセンブリ300の曲面310に沿って流れる。本発明の一実施形態に従って、プラズマエッチング処理の前に、複数のフィルムストリップ314を、アセンブリ300の曲面310の選択された位置に被覆してもよい。また、チャンバー400の形状によって、RF還流電流は、フィルムストリップの厚さ、種類、配置および形状によって影響を受ける場合がある。連続するフィルムを、ストライプと同様に用いてもよく、チャンバーの内壁を巡って所望のインピーダンスの変化に影響を与えるように、フィルムの厚さや抵抗率を局部的に変えてもよい。一実施形態に従って、被膜は、例えば、約0.003インチ未満の厚さを有するニッケルめっき層や銅めっき層を含んでもよい。インピーダンスを大きくするため、短い還流路に沿ってアセンブリ300の曲面310に、被膜を選択的に施してもよい。例えば、図3は、基板支持302の面に垂直で大きな側面を有する長方形の、いくつかのフィルムストリップ314の被覆を示す。フィルムストリップ314は、RF還流電流を流すことを可能にするため、フィルムストリップ間に隙間を有してもよい。当業者にとって、図3に示すフィルムストリップは限定されず、そして他の構成が本願明細書で開示される発明の概念を逸脱することなしに使用され得ることを意図するということが理解されよう。例えば、RF還流電流路がチャンバー内において実質的により均一になるような、短い還流路に沿ってインピーダンスを生じさせるように、他の厚さ、材料の種類、ならびにフィルムストライプの配置および形状を適用してもよい。
本発明の別の実施形態に従って、「長い」RF還流路Bに沿ってインピーダンスを小さくするように、下部に横たわる基材のインピーダンスよりも小さいインピーダンスを有するフィルム314の被覆を、その還流路に沿ったチャンバー400の内壁410に施してもよい。
本発明の別の実施形態に従って、「短い」RF還流路Aに沿ってインピーダンスを大きくするように、下部に横たわる基材のインピーダンスよりも大きいインピーダンスを有するフィルム314の被覆を、その還流路に沿ったチャンバー400の内壁410に施してもよい。例えば、図4は、基板支持302の面に垂直で大きな側面を有する長方形の、いくつかのフィルムストリップ416の被覆を示す。フィルムストリップ416は、RF還流電流を流すことを可能にするために、フィルムストリップ間に隙間を有してもよい。
また、本発明の別の実施形態に従って、支持アーム304の表面の部分にフィルムストリップ314を被覆してもよい。
また。本発明の別の実施形態に従って、支持アーム304の外面にフィルムストリップ314を被覆してもよい(図示せず)。
チャンバーの内壁面のフィルムストリップおよび皮膜の数および位置の決定は、必然的な実験に基づき、繰り返される。図5は、図2〜4で示される形状を有するチャンバー内を巡るRF還流電流のバランス方法を示す。502において、チャンバーの内壁が未修正のチャンバー内でウェハを処理し、ベースラインを確立する。504において、エッチング速度および/または他の性能を測定し、ウェハ表面上に記録される。506において、チャンバーの形状の検査から、チャンバーの内壁を巡るRF還流電流路長の変化に関する第1の予測を行う。508において、チャンバーの内壁を巡って被覆する、(チャンバーの基材と比べて)抵抗が大きいストリップを追加することによって、短いRF還流電流路に沿うインピーダンスを大きくする。本発明の別の実施形態に従って、チャンバーの内壁を巡って被覆する、(下部に横たわる基材と比べて)抵抗が小さいフィルムストリップを追加することによって、長いRF還流電流路に沿うインピーダンスを小さくする。
510において、ベースラインの場合に用いたものと同一の条件下で別のウェハを処理する。512において、新たに処理したウェハを同じ方法で測定し、その測定データを記録する。514において、これらの追加データを場所ごとに差し引き、差異を示すマップを516において検査し、大き過ぎるか、または小さ過ぎるインピーダンスが追加されたかどうか、方位角分布が最適よりも小さいか、または大きいかを確認する。次に、518において、インピーダンスの分布をさらに最適にするように、フィルムまたはフィルムストリップの被膜を追加するか、または減らすことよって、チャンバーの内壁を修正する。プロセスを510で繰り返し、別のウェハを前回と同様に処理し、追加データセットに対して比較し、最適な状態が達成されたどうかを判定する。
RF還流電流の不均一性に起因しない、ウェハ処理における方位角の変化に起因され得る、そして入念なデータ分析および補助試験によって、かかる変化の原因は、不均一なRF電流に起因するものであることを認識され得ることは、当業者にとって公知である。
本発明の実施形態および利用を例示し、説明してきたが、上記で示される以外の多くの変更が、本願明細書の発明の概念を逸脱することなしになされ得ることが、本開示の利益を有する当業者によって明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲以外において制限されるべきではない。
Claims (20)
- チャンバーの垂直軸に対して軸対称ではない着脱自在の基板支持を有する該チャンバーと、
前記チャンバーに結合されるRF電源と、を含み、
前記RF電源は、前記チャンバー内においてプラズマを生成するように適合して、前記チャンバー内に供給され、
前記チャンバーの内壁の表面の一部に対する処理の前に、選択的にフィルムの被膜が施され、該フィルムは、前記チャンバーの底部に横たわる基材と実質的に異なるRFインピーダンスを有する電気抵抗材料を含む、プラズマ処理リアクタ。 - 前記フィルムは、前記RFインピーダンスを方位角によって変化させるため、前記チャンバーの内壁に構成を変えて施される、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記フィルムは、前記RFインピーダンスを方位角によって変化させるため、前記チャンバーの内壁に厚さを変えて施される、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記フィルムは、前記RFインピーダンスを方位角によって変化させるため、前記チャンバーの内壁に部分的に被覆が施されるように種々の形状を有する、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記被膜は、厚さが前記内壁の表面の一部、および前記基板支持に沿って変化する複数のフィルムストリップを含む、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記被膜は、方位角によって設置される複数のフィルムストリップを含む、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記チャンバー内の前記着脱自在の基板支持の表面の一部に対する前記処理の前に、選択的に施される前記フィルムの前記被膜をさらに含む、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記電気抵抗材料はニッケルを含む、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記電気抵抗材料は銅を含む、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- 前記被膜は、前記チャンバーの内壁の表面の一部に対して塗布される、請求項1に記載のプラズマ処理リアクタ。
- チャンバーの内壁を通過させて延びる開口を含むチャンバーと、
着脱自在に取り付けられる基板支持と、を含み、
前記基板支持は、前記チャンバーから前記大きな開口を通して取り除くことができ、
複数のフィルムストリップの被膜は、前記チャンバーの内壁および前記基板支持の表面の一部に施され、該被膜は、前記チャンバーの底部に横たわる基材と実質的に異なるRFインピーダンスを有する電気抵抗材料を含む、プラズマ処理リアクタ。 - チャンバーの内壁を通過させて延びる開口を含むチャンバーを有するプラズマ処理リアクタにおける還流電流のバランス方法であって、基板支持は、該チャンバー内に着脱自在に取り付けられ、該開口は、該チャンバーから該開口を通して該基板支持を取り除くことができるほど大きく、該方法は、
前記チャンバーの内壁の表面の一部に選択的にフィルムの被膜を施すことを含み、前記被膜は、前記チャンバーの底部に横たわる基材と実質的に異なるRFインピーダンスを有する電気抵抗材料を含む、還流電流のバランス方法。 - 前記チャンバー内の前記基板支持の表面の一部に、前記フィルムの前記被膜を選択的に施すことをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記フィルムの前記被膜を施すことは、前記フィルムの前記被膜を塗布することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記被膜は可変の厚さを有する、請求項12に記載の方法。
- 前記電気抵抗材料はニッケルを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記電気抵抗材料は銅を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記被膜が複数のフィルムストリップを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記複数のフィルムストリップを垂直に設置することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記複数のフィルムストリップを水平に設置することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
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