JP2008505491A - プラズマ点火圧の低減 - Google Patents

Abstract

プラズマ加工システムで利用する半導体基板加工法が開示されている。プラズマ加工システムはプラズマ加工チャンバと、バイアス補償回路に結合された静電チャックとを含んでいる。加工法はプラズマ点火ステップでのプラズマ点火を含んでいる。プラズマ点火ステップは、バイアス補償回路によって静電チャックに提供される第１バイアス補償電圧が実質ゼロであり、プラズマ加工チャンバ内の第１チャンバ圧が約９０ｍトル以下であるときに実施される。加工法はプラズマ点火後の基板加工ステップでの基板加工をさらに含む。基板加工ステップは、バイアス補償回路で提供される第１補償電圧よりも高い第２バイアス補償電圧と、第１チャンバ圧と実質同圧の第２チャンバ圧とを利用する。

Description

プラズマは基板（例えば、半導体基板、フラットパネル基板、ナノマシン基板、等々）を装置（例えば、集積回路、フラットパネル、ナノマシン、等々）に搭載させるためのプラズマ加工装置において長年利用されてきた。

現在まで、プラズマ点火は比較的高いチャンバ圧、例えばカル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製の２３００エキセランシリーズプラズマ加工システムでは１２０ｍトルで実施されてきた。

プラズマ点火に高チャンバ圧を必要とする１つの理由は、プラズマ点火が低圧では安定しないからである。これは低リアクタギャップとプラズマ発生のための比較的低いＲＦ周波数の使用、並びにＲＦエネルギーがプラズマと容量的に結合しているという事実による。

しかし、従来の技術によるプラズマ点火用の高チャンバ圧は加工に関わる問題を提起する。例えば、高チャンバ圧はエッチング指向性を低下させ、基板表面上において高レベルのポリマーを形成し、エッチストップや不規則なＲＦプラズマ形成のごときのエッチング不整合を発生させる可能性がある。

技術が進歩し、さらに高いエッチング精度が要求されるにつれ、低下したエッチング指向性と高レベルポリマー形成は重大な弱点となった。プラズマステップ中に低加工圧、例えば場合によっては５０ｍトル以下を必要とする加工においては特に重大な弱点である。加工圧力は加工ステップ時に低減できる（例えば約６０ｍトルに）が、高圧点火ステップは全体的なエッチング加工に追加のステップを必要とする。このことによりエッチング時間が長くなる。さらに、高圧点火ステップは加工圧力を目標圧力に減少させなければならないであろう達成困難な過渡相を必要とするかもしれない。さらに、過剰なポリマーが高圧相中に表面に形成され、ウェハー上のエッチストップまたは不規則なプラズマ形成のごとき問題を提起するかも知れない。

１実施態様において本発明はプラズマ加工システムによる半導体基板の加工法に関する。プラズマ加工システムはプラズマ加工チャンバと、バイアス補償回路に結合された静電チャックとを含んでいる。この方法はプラズマ点火ステップでのプラズマ点火を含む。プラズマ点火ステップは、バイアス補償回路によって静電チャックに提供される第１バイアス補償電圧が実質的にゼロであり、プラズマ処理チャンバ内の第１チャンバ圧が約９０ｍトルであるときに実行される。方法は、プラズマ点火後の基板加工ステップでの基板加工も含む。基板加工ステップは、第１バイアス補償電圧よりも高いバイアス補償回路により提供される第２バイアス補償電圧と、第１チャンバ圧と実質的に等しい第２チャンバ圧を利用する。

別な実施態様では、本発明は、プラズマ加工チャンバと、バイアス補償回路に結合された静電チャックとを有したプラズマ加工システムのための基板加工法にも関する。方法は、バイアス補償回路によって静電チャックに提供される第１バイアス補償電圧が実質的にゼロであるときのプラズマ点火を含む。方法は、第１バイアス補償電圧よりも高い、バイアス補償回路によって提供される第２バイアス補償電圧を利用したプラズマ点火後の基板の加工をも含む。

本発明のこれら及び他の特徴は添付の図面を利用した以下の詳細な説明によりさらに深く理解されよう。添付の図面を参照に付し、いくつかの好適実施例を基にして本発明を詳細に解説する。それらの変更若しくは改良は本発明の範囲内である。

本発明の１特徴によれば、プラズマ点火ステップにおいてバイアス補償電圧がゼロに維持され、あるいはほぼゼロ（実質的ゼロ）に維持されても、低チャンバ圧でプラズマ点火が確実に達成できることが発見された。よって、本発明はバイアス補償回路と結合した多極静電チャックにより機能する。本発明は単極静電チャックでも機能する。プラズマ点火が発生すると、バイアス補償電圧は特定プラズマ条件による電圧値に変更でき、ゼロとは大きく異ならせることができる。プラズマ点火は低圧で発生可能であり、エッチングステップに必要な圧力と同じ設定圧値でも発生可能であり、高点火圧から低点火圧にチャンバ圧を低下させる時間が不要である。従って、エッチング時間は大幅に短縮される。バイアス補償電圧をゼロ、または実質ゼロに維持した低設定圧値でのプラズマ点火もプラズマ点火時間をさらに短縮させ、エッチング時間の短縮を可能にする。

本発明の利点と特徴は添付の図面と以下の説明とでさらに深く理解されよう。図１は典型的な従来技術プラズマ加工システム１００を図示する。これはプラズマ加工チャンバ１０２と基板１０６を搭載するチャック１０４とを含む。エチャントガスをチャンバ内部１１０へと提供するシャワーヘッド１０８が存在する。ＲＦ電源システム１１２（典型的にはＲＦ発生器と対応ネットワークとを含む）はチャック１０４にＲＦ電力を提供する。点火プラズマは拘束リングセット１１４で拘束される。

図１は静電チャック電源１２０をも図示する。電源１２０は電流源とバイアス補償回路とを含む。図１の場合には、チャック１０４は双極静電チャック（ＥＳＣ）であり、正電極と負電極とを有している。静電チャックにおいて良く知られているように、これら電極に供給される正電圧と負電圧（例：＋３００Ｖと−３００Ｖ）は静電クランプ力を提供する。静電クランプ力は基板１０６をチャック１０４に締め付ける。コンダクタ１３０は正電圧を静電チャックの１極に提供する。第２コンダクタ１３２は負電圧を静電チャックの他方の電極に提供する。このバイアス補償回路はプラズマ加工中にバイアス補償電圧を提供することで基板上に定クランプ力を維持させる。異なる加工法は基板上のバイアス電圧に異なる影響を及ぼす。例えば、加工法によっては基板上のバイアス電圧をさらに大きな正値とし、加工法によっては基板上のバイアス電圧をさらに大きな負値とする。ＥＳＣチャックの極と基板領域との間のクランプ力はそれぞれの電圧値の相違によるので、基板上のバイアス電圧の相違が補償されない限り、ＥＳＣの正極と基板との間のクランプ力は、ＥＳＣの負極と基板との間のクランプ力より低いことも高いこともある。ＥＳＣチャックの電極間のクランプ力の相違は基板を不均等に締め付ける。これで基板は不均等に冷却され、加工結果は基板の領域ごとに異なる。バイアス補償電圧を提供することで、バイアス補償回路は基板のクランプ力を本質的に等しくする。バイアス補償回路は当業界で知られている。

図２Ａは、高圧点火ステップが必要なとき基板加工に必要な、さらに関連性が高いステップを示す概略図である。エッチングは安定化ステップ２０２（時間Ｔ０ＡとＴ１Ａの間）で開始し、エチャントソースガスが導入され、確実なプラズマ点火に必要な高設定圧値（例えば１２０ｍトル）で安定化させる。この安定化ステップは典型的には１０秒から１３秒を要する。この時間は圧力制御機構がガスを従来技術の点火に要する高設定圧値で安定化させるのに必要な時間である。

ステップ２０４（時間Ｔ１ＡとＴ２Ａの間）でプラズマが点火される。この高圧点火ステップは典型的には約５秒程度を要する。その後、圧力はプロセスレシピによって必要とされる低チャンバ圧、例えば本例では７０ｍトルに低減される。この圧力低減ステップ２０６（時間Ｔ２ＡとＴ３Ａの間）は、例えば５秒から８秒を要する。これはガス流と圧力変化の程度により変動する。この圧力低減ステップ後にエッチングステップ２０８（時間Ｔ３Ａで開始）がプロセスレシピによって特定される低チャンバ圧で開始する。

図２Ｂは、プラズマが低圧で点火可能であるとき、本発明の１実施例による基板加工に必要な関連ステップの概略図である。ステップ２５２（時間Ｔ０ＢとＴ１Ｂの間）は圧力安定化ステップであり、エチャントガスをプラズマ加工チャンバに導入する。圧力安定化ステップには低設定圧値が関与し、場合によっては所要時間が短縮できる。

ステップ２５４（時間Ｔ１ＢとＴ２Ｂの間）では、プラズマは低チャンバ圧で点火される。このプラズマ点火ステップ２５４実行中に、ＥＳＣチャックの電極に提供されるバイアス補償電圧はゼロあるいは実質ゼロである。多くの場合に、プラズマ点火に要する時間も、従来技術でのように、基板での高バイアス条件下でプラズマ点火に要する時間と比較して短い（例えば約５秒に対して約２秒）ことが判明した。

大抵の場合、プラズマ点火圧力は、エッチングステップに要するチャンバ圧と実質的に同じである。よって、引き続く圧力低減ステップが排除できる。低プラズマ点火圧がエッチングステップに要するチャンバ圧とは異なっていても、プラズマ点火は低チャンバ圧で発生するという事実は、エッチングステップに要する設定圧値への圧力低減に必要な時間を短縮する。

ステップ２５６（時間Ｔ２Ｂ以降）でエッチングが実施される。このエッチングステップは図２Ａのエッチングステップ２０８に類似する。ゼロまたは実質ゼロであるバイアス電圧は初期点火まで提供されるだけである。プラズマが点火されると直ちに電源のバイアス補償回路はバイアス電圧を、プラズマ鞘の発生からウェハーによって検出される実際のバイアス電圧に近い値にまで駆動する。従って、プロセスレシピには変化はなく、バイアスはエッチングステップ中に補償される。さらに、高圧点火ステップの排除はプロセス窓を拡張し、プロセスエンジニアに、必要なエッチングのために適したプロセスレシピを設計させるための拡張許容度を提供する。

図３は、本発明の１実施例に基づく高圧点火ステップを必要としないプラズマ加工システムでのエッチングステップの概略フローチャートである。ステップ３０２において安定化ステップが実施される。この安定化ステップは図２Ｂのステップ２５２に関して解説したものと同一である。安定化後、プラズマは低設定圧値で点火ステップ３０４にて点火され、バイアス補償電圧はゼロまたは実質ゼロに維持される。１実施例においては、点火圧は約４０ｍトルから約９０ｍトルである。別実施例では点火圧は約５０ｍトルから約８０ｍトルである。さらに別実施例では点火圧は約６０ｍトルから約７０ｍトルである。

ステップ３０６において、エッチングステップは、静電チャック電源のバイアス補償回路によってゼロとは大きく異なる電圧値に制御されたバイアス補償電圧で開始する。もし点火圧がエッチングステップに必要なチャンバ圧より少々高ければ、短時間の圧力低減ステップが上述したようにエッチングステップに先立ってオプションで実行される。

前述したように、本発明の実施例は、過剰ポリマー形成や低エッチング指向性のごときその付随的な弱点と共に高圧点火ステップを排除する。ＥＳＣのバイアス補償回路のバイアス補償電圧をゼロまたは実質ゼロに設定し、同時的にウェハーもゼロまたは実質ゼロにすることで、プラズマを低圧にて確実に点火することができる。チャンバ圧を高点火圧から低エッチング圧に低減させる必要がないので、エッチング加工全体の時間が短縮される。さらに、バイアス補償電圧をゼロまたは実質ゼロにし、低点火圧にすることで、点火ステップに要する時間が短縮される。これらは拡張されたプロセス窓の提供と、エッチング時間の短縮に貢献する。それらは産業上非常に大きな利点である。

本発明をいくつかの実施例を利用して解説した。本発明の範囲内でのそれらの変更は可能である。例えば、基板加工ステップとしてエッチングに関して特定の実施態様を説明したが、本発明はプラズマ点火が必要な他の基板加工技術（例：蒸着、洗浄、重合、その他）にも応用できる。さらに、２３００Ｅｘｅｌａｎシリーズのプラズマ加工システムの説明では特定例が解説されているが、本発明は、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、ＥＣＲ発生（電子−シクロトロン共鳴）プラズマ、及び/又は他タイプのプラズマ発生技術等を採用した他のプラズマ加工システムであっても利用できる。さらに、本発明の装置を利用する多数の方法が存在する。それらは全て本発明の技術範囲に含まれる。

図１はプラズマ加工チャンバと、基板が搭載されているチャックとを含む典型的な従来技術によるプラズマ加工システムを示す。 図２Ａは高圧点火ステップが必要なときに実施される、基板加工のための関連ステップの概略図である。 図２Ｂはプラズマが低圧点火できるときに実施される、基板加工のための本発明の１実施例による関連ステップの概略図である。 図３は高圧点火ステップを必要としないプラズマ加工システムのための本発明の１実施例によるエッチングステップの概略図である。

Claims (39)

1. プラズマ加工チャンバと、バイアス補償回路に結合された静電チャックとを有したプラズマ加工システムにおいて利用する、半導体基板の加工法であって、
   前記バイアス補償回路によって前記静電チャックに提供される第１バイアス補償電圧が実質ゼロであり、前記プラズマ加工チャンバ内の第１チャンバ圧が略９０ｍトル以下であるとき実施されるプラズマ点火ステップと、
   前記プラズマの点火後、前記バイアス補償回路で提供される前記第１補償電圧よりも高い第２バイアス補償電圧と、前記第１チャンバ圧と実質同圧の第２チャンバ圧とを利用する基板加工ステップと、
   を含んでいることを特徴とする半導体基板加工法。
2. 第１バイアス補償電圧は基板加工ステップのためのプラズマの準備に必要な時間のみ利用されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
3. プラズマ点火ステップの工程時間は略１０秒以下であることを特徴とする請求項２記載の加工法。
4. プラズマ点火ステップの工程時間は略５秒以下であることを特徴とする請求項２記載の加工法。
5. プラズマの点火は第１バイアス補償電圧がゼロであるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
6. プラズマの点火は第１チャンバ圧が略４０ｍトルから略９０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
7. プラズマの点火は第１チャンバ圧が略５０ｍトルから略８０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
8. プラズマの点火は第１チャンバ圧が略６０ｍトルから略７０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
9. プラズマの点火は第１チャンバ圧が略６０ｍトル以下であるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
10. プラズマの点火は第１チャンバ圧が略５０ｍトル以下であるときに実施されることを特徴とする請求項１記載の加工法。
11. プラズマ加工システムは誘導結合プラズマ加工システムであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
12. プラズマ加工システムは容量結合プラズマ加工システムであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
13. プラズマ加工システムはＥＣＲプラズマ加工システムであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
14. 静電チャックは多極静電チャックであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
15. 静電チャックは双極静電チャックであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
16. 静電チャックは単極静電チャックであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
17. 基板加工ステップはエッチング加工であることを特徴とする請求項１記載の加工法。
18. 基板は集積回路製造用の半導体ウェハーであることを特徴とする請求項１記載の加工法。
19. 基板は少なくとも１体のフラットパネル表示製品製造用のフラットパネル基板であることを特徴とする請求項１記載の加工法。
20. 基板はナノマシン製造用のナノマシン基板であることを特徴とする請求項１記載の加工法。
21. プラズマ加工チャンバと、バイアス補償回路に結合された静電チャックとを有したプラズマ加工システムにおいて利用する、半導体基板の加工法であって、
    前記バイアス補償回路によって前記静電チャックに提供される第１バイアス補償電圧が実質ゼロであるとき実施されるプラズマ点火ステップと、
    前記プラズマの点火後、前記第１補償電圧よりも高い第２バイアス補償電圧を利用する基板加工ステップと、
    を含んでいることを特徴とする半導体基板加工法。
22. 第１バイアス補償電圧はプラズマの点火に必要な時間のみ利用されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
23. プラズマの点火は第１バイアス補償電圧がゼロであるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
24. プラズマの点火はプラズマ加工チャンバ内のチャンバ圧が略４０ｍトルから略９０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
25. プラズマの点火はプラズマ加工チャンバ内のチャンバ圧が略５０ｍトルから略８０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
26. プラズマの点火はプラズマ加工チャンバ内のチャンバ圧が略６０ｍトルから略７０ｍトルであるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
27. プラズマの点火はプラズマ加工チャンバ内のチャンバ圧が略６０ｍトル以下であるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
28. プラズマの点火はプラズマ加工チャンバ内のチャンバ圧が略５０ｍトル以下であるときに実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
29. 基板の加工はプラズマ点火時に存在するチャンバ圧と実質同一圧で実施されることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
30. プラズマ加工システムは誘導結合プラズマ加工システムであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
31. プラズマ加工システムは容量結合プラズマ加工システムであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
32. プラズマ加工システムはＥＣＲプラズマ加工システムであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
33. 静電チャックは多極静電チャックであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
34. 静電チャックは双極静電チャックであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
35. 静電チャックは単極静電チャックであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
36. 基板加工ステップはエッチング加工であることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
37. 基板は集積回路製造用の半導体ウェハーであることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
38. 基板は少なくとも１体のフラットパネル表示製品製造用のフラットパネル基板であることを特徴とする請求項２１記載の加工法。
39. 基板はナノマシン製造用のナノマシン基板であることを特徴とする請求項２１記載の加工法。

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