JP2009004729A - 多数の処理ステーションを含む結合を除くリアクティブイオンエッチングチャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ隔離とRF隔離を行なうことができる多数の処理ステーションを含む結合を除くリアクティブイオンエッチングチャンバ。
【解決手段】 プラズマ隔離とRF隔離を行なうことができる二つか多数個のタンデム式処理領域を有する処理チャンバである。各処理領域には共に少なくとも二つのRF周波数がフィードされるカソードを有し、そのうち一つのRF周波数がもう一つのRF周波数よりも少なくとも2倍高いので、完全分離反応性イオンエッチングの能力を提供することができる。処理チャンバのチャンバはアースされている。RF隔離によりカソードからフィードされる多数個のRF周波数がRFクロストークとRF波動を引き起こさせなくする。さらにプラズマ制限装置を用いることでプラズマクロストークを防止する。アースとなる共用排気チャンネルは真空ポンプに接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はプラズマ処理チャンバに係わり、特に二つ或いはタンデム式処理領域を有し、最小2枚或いはそれ以上のウェハを処理することができるプラズマ処理チャンバに関する。

半導体チップの製作プロセスにおいて、一般的に、二種類の半導体チップ処理システムが用いられており、一つはバッチ式ウェハ処理型と呼ばれるシステムである。バッチ式プロセスシステムを用いる主な理由は多数のチップ或いはウェハを同時に処理することができ、前記システムより高いスループットを提供できるところにある。しかしながら、半導体トランジスタの性能規格への要求が日増しに厳しくなるにつれ、工業界ではすでに第二種類の処理チャンバ、即ち枚葉式ウェハ処理型チャンバを使用するようになっている。枚葉式処理型チャンバを開発する主な理由はウェハのプロセス特性とウェハの表面においてのプロシング均一性を制御しやすいからである。

一方で、ある特定の応用ケースにおいて、二枚のウェハを並行して処理することが出来る単一の処理チャンバを提供することを試みている。このような応用は単一のウェハ処理のメリットを保証できるうえ、2枚のウェハを同時に処理することが出来る。米国特許第5,811,022号でツイン/タンデム式ウェハ処理チャンバシステムが提案されており、前記発明は業界でレジストアッシングと呼ばれるプラズマを用いてフォトレジストを取り除くことを特徴とする誘導結合プラズマチャンバである。レジストアッシングは酸化反応であり、このプロセスは酸素を用いることにより有機レジストを取り除く。フォトレジストは酸化されることにより一酸化炭素、二酸化炭素と水蒸気のようなガスになり、真空ポンプにより処理チャンバに引出される。従って、この場合は半導体ウェハエッチングのような精密な応用と同レベルの均一性は要求されない。

レジストアッシングの処理に対する精密な要求がされないから、米国特許第5,811,022号で提案されている処理チャンバは二つの分離したプラズマ発生チャンバを含み、各プラズマ発生チャンバの底部は開放されており、それぞれ二枚のウェハが設置されているウェハ処理チャンバにつながっている。プラズマ発生チャンバとウェハ処理チャンバの間には荷電粒子がウェハ処理チャンバに進入するのを防止するために荷電粒子フィルターが設置され、活性化した中性粒子がウェハ処理チャンバに進入することは可能なので、フォトレジストをウェハから取り除くことができる。前記ウェハ処理チャンバ構造が二枚のウェハの間で仕切られておらず且つプラズマがウェハ上で励起されなく、また、フィルターを用いることにより荷電粒子がウェハ処理チャンバに進入できず、同特許で開示されているウェハ処理チャンバは半導体ウェハエッチングのような精密な性能が要求されるケースに用いられず、簡単なアッシングにしか応用されない。

米国特許第5,855,681号において別のタンデム式処理チャンバ構造が開示されている。米国特許第5,855,681号で提案されている処理チャンバは二つの処理領域が同時に二枚のウェハを処理することができ、それぞれの領域はガス分配アセンブリとRF発生ソースを含み、各処理領域内のウェハ表面上方で密度が均一なプラズマを提供する。また、米国特許第5,855,681号においてMattsonシステム（前述米国特許第5,811,022号の内容）の一つの欠点「バッチ処理システムの均一性の低さは、複数のウェハが単一の処理室内の複数のステーションで部分処理されることが、直接の原因である」が明白に指摘された。処理の均一性を改善するために、前記米国特許第5,855,681号では 「分離された処理領域を立て、少なくとも二つの領域で孤立した処理が行われ、少なくとも二枚のウェハが同時に処理できること」が提案されている。

隔離処理領域の解決策は二枚のウェハを並行して処理することできるが、チャンバマッチングやステーションマッチングと呼ばれる困難を引き起こす。すなわち一つのチャンバ内で二つの領域を制御して同一のプラズマ処理条件を提供するのは困難である。例えば、ある処理領域のエッチングレートが隣接の処理領域よりも速い場合、エッチングプロセスの終了点を制御することは難しい。つまり、エッチングの終了点をエッチングレートの速い方に基づいて決めると、レートの遅い方のウェハは完全にエッチングされない。一方で、エッチングの遅い方に基づいて終了点を引き延ばせば、レートの速い領域内のウェハはオーバーエッチングされ、ダメージを受ける可能性もある。

米国特許第6,962,644号で上記のタンデム式処理チャンバを改善した 「多数の互に分離された処理領域を備える処理チャンバ」が提案されている。米国特許第6,962,644号では中心ポンプ室により二つの処理チャンバが相互に「コミュニケーションする」ことができるが、RFクロストークと呼ばれる問題を引き起こす。タンデム式の処理システムでは、いずれの処理領域内の条件変化も別の処理領域内のプロセシングに対し有害な影響を及ぼす。

前述したタンデム式処理チャンバには そのアイソレーションにより二つの処理領域の間における処理結果のマッチングが困難である。また、前述した米国特許第6,962,644号で述べられているタンデム式処理チャンバは二つのRF発生器を用いており、RF ビーティングの発生を防ぐために、二つのRF発生器の位相と周波数がロックされ、処理チャンバの構造と配置がさらに複雑になる。そして、前述タンデム式処理チャンバにおいてプラズマを発生させる方法が先端の半導体デバイスを製造する上で必要な精密な規格を満足させられない。従って、チャンバチャンバ半導体工業界では、各々の領域の高品質パフォーマンス・マッチングできるマルチプル・チャンバが望ましい。

本発明の目的は多数枚のウェハ処理チャンバを提供することであり、一枚だけ、或いは二枚或いは多数のウェハを同時に処理し、高水準の性能を確保する上、処理チャンバ内の各処理領域での工学性能がみな相互にマッチングを保証することである。

本発明における複数の実施例は分離されたプラズマと分離されたRFが備え、二つの処理領域または多数のタンデム式処理領域を含む処理チャンバを提供し、各処理領域底部から多数の周波数が異なるRFパワーをフィードすることができる。処理チャンバ壁且つ二つの隣接する処理領域間の隔離壁も接地されている。周波数アイソレーション技術を利用しクロストークとビーティングなしに多数の周波数の異なるRFパワーがカソードからフィードすることができる。また、プラズマ制限リングを用いることでプラズマクロストークを防止する。さらに接地する共通排気チャンネルは単一の真空ポンプに接続されている。

排気チャンネルの入口部にはマイクロチャンネルリング構造を設け、プラズマを処理領域内に制限することができ、プラズマは排気チャンネルに進入することはないため、処理領域の間においてプラズマクロストークが発生することはない。本発明は単一の真空ポンプによりガスを引き出し、非対称的なパンピングになるが、前記のマイクロチャンネルが処理領域内の圧力分配に役立つ。このリングはさらに二つの処理領域の間でのRFリークを防ぐこともできる。このリングの上部は絶縁体になり、プラズマスパッタリングが起こることなく下部は導電性があり、接地されるので、RFリークを防ぐことができる。

本発明の処理チャンバのプラズマ制限がRFビーティングの発生を防ぐので、従来技術で設定されていたRF発生器の位相と周波数をロックされる必要はない。また、本発明ではプラズマ制限とRF分離が設置されており、各処理領域では独立して処理を行なうか、多数の処理領域が並行して処理を行なうことができる。

本発明の実施例によるシステムは高度のスループット、高度のウェハ処理精度と均一性、用途の広いプラズマチャンバを提供する。本発明は各処理領域内のプラズマの安定性と一致性を実現することが可能で、得られた処理結果は先端の半導体処理に対する高精度要求を満足させられる。本発明は多数の処理ステーション或いは処理領域を含む完全分離反応性イオンエッチングチャンバを提供するもので、そのうち各処理領域はみな多数のRFパワーが印加される。本発明は様々な特性と設計を用いて、二つの並行している処理領域間でのRFビーティングとRFクロストークの発生を防ぐ。特に、並行した処理チャンバの各処理領域におけるカソードから二つの周波数の異なったRFをフィードすることにより完全分離される反応性イオンエッチングを行なう方法は本発明によって始めて提案された。

図１に本発明の一実施例に基づいたタンデム式プラズマ処理チャンバ１００の断面図、 図２に図１のC-C線における断面図。ここで述べることは前記２つの図を参考にする。チャンバ体１０５は通常導電性のある金属材料（例えばアルミニウム）により作られ、チャンバ体１０５は二つの並行した処理領域１１０と１１５を含む。処理領域１１０と１１５は隔離壁１２２により物理的に隔てられており、二つの処理領域１１０と１１５の間の圧力を平衡する構造を提供する、具体的な設計内容は以下に詳しく述べる。チャンバ体１０５（隔離壁１２２を含む）は接地され、二つの処理領域１１０と１１５の間において電界を隔離し、RFクロストークの発生を防ぐことができる。

処理領域１１０と１１５にはそれぞれ固定されたカソード１２０と１２５があり、工学処理を行なうようにウェハ１３０，１３５を支持することができる。本実施例では、移動可能なカソードに対しさらにしっかりと接地できるので、カソード１２０と１２５は固定されている。本実施例において、二つの周波数はカソード１２０と１２５によりフィードされるので、効果的に接地することが非常に重要になる。このことから、本実施例で用いている固定されたカソードは従来技術よりも優れていると考えられる。

カソード１２０と１２５はチャック装置を含み、ウェハを支持することができる。チャック装置は従来のどんなチャック装置でもよく、例えば従来の静電的なチャックでもよい。また、カソード１２０と１２５はさらに内蔵式電極を含み、RFエネルギーを処理領域に輻射させるために用いられる。RFエネルギーはRF導体１４０と１４５によりカソード１２０と１２５に送られる。各RF導体は二つのRF発生器と接続されている。例えばRF発生器１５２と１５４はマッチング回路１５３を通じてRF導体１４０に、RF発生器１５６と１５８はマッチング回路１５７を通じてRF導体１４５に繋がる。本実施例では、RFパワーが均等にカソード１２０と１２５に対になって接続されている。例えば、本実施例において、三叉結合器によりパワー輸送を行い、各三叉結合器は三つのコネクター（断面図では二つのコネクター１５０，１５５しか示していない）を有し、三つのコネクター間は120度となっている。

本実施例で、デカプルした反応性イオンエッチングは二つのカソードに二つの周波数のRFパワーを印加することにより行なわれる。この場合、二つの周波数の間隔が充分に大きければ、この二つのRFサプライヤーからのRFパワーデカップリングできる。例えば、高周波と低周波の周波数の比を少なくとも２より大きく設定すると、二つの周波数間の隔離は確保できる。本発明の一態様では、低周波は500KHzから2.2MHzまでの範囲から選択する。例えば、低周波を約2MHz、第二周波数を約27MHzと設定する。別の例では、低周波を約2MHz、第二周波数を約60MHz或いは100MHzと設定する。

本実施例では、二つの処理領域１１０と１１５の間の干渉はRFチューニングを行なうことにより防止できる。素早くチューニングを行なうことができるので（例えば1秒よりも短い時間で）、処理領域内の如何なる変化も隣接する領域の処理に対しマイナスの影響を及ぼさない。本実施例において、隔離されている高効率的なマッチング回路１５３と１５７が用いられており、各RFマッチはRF信号を処理領域１１０，１１５内のカソード１２０，１２５に接続する。この目的で、すでに公開済みの米国特許出願2005/0133163で提出されているRFマッチを用いることができる。しかし同特許で提出されている方法はフィルターを使用することが要求され、RFマッチ構造の複雑度が増すことになる。従って、すでに公開済みの米国特許出願2007/0030091で提出されているRFマッチを採用する方がより適している。特許出願2007/0030091はRFマッチの新規設計に関わり、フィルターの使用をしなくても良いこととなっている。

図５にRFマッチング回路構造の概略図を示し、本発明のタンデム式プラズマ処理チャンバ内で用いることができるので、電気フィルターの使用は必要ない。図に示すように、本実施例は二つのRFインプットを有し、それぞれ高周波インプット部と低周波インプット部である。前記RFマッチング回路は全部で三つのポートを有し、そのうちの二つはインプット・ポートであり、即ち高周波RF発生器に接続されている高周波RF発生器（１５８）と低周波RF発生器に接続されている低周波RF発生器（１５６）である。伝導体（図には示していない）により多数のRF発生器のエネルギーをタンデム式プラズマ処理チャンバのRFアウトプット・ポートに出力する。前記タンデム式プラズマ処理チャンバのRFマッチングネットワークは低周波部と高周波部に分けられ、二つの部分はアウトプット・ポートで連接点により一つに結び付けられる。高周波部は接地されているコンデンサC１’、 コンデンサC２’及びインダクターL’を含む。また、低周波の部分はコンデンサC１を通って接地されている一端を構成し、別の一端がコンデンサC２に接続されている。コンデンサC２はインダクターLと直列してアウトプット・ポートに接続されている。

低周波の部分において、インダクターL、コンデンサC１とコンデンサC２がローパスフィルタを構成し、高周波の部分において、インダクターL’、コンデンサC１’とコンデンサC２’がハイパスフィルタを構成している。高周波インプットの周波数が低周波インプットの周波数よりもはるかに高い場合、即ち高周波インプットの周波数が低周波インプットの周波数の少なくとも２倍（優れているものは少なくとも１０倍）である時、ハイパスフィルタの特性及びタンデム式プラズマ処理チャンバの高周波インプットにおけるインピーダンス特性を考慮に入れると、高周波部は比較的小さなインダクタンスを必要とするだけで、マッチングネットワーク全体とタンデム式プラズマ処理チャンバの共役マッチングを実現することができる。ある条件下において、高周波の部分には物理的なインダクターを用いなくても、伝導的な部品（例えばケーブル）と伝導的なコネクターを用いてRFアウトプット・ポートをタンデム式プラズマ処理チャンバのカソードに接続するだけでよい。このような伝導部品はインダクターの役割に取って代わる。前記設計において、伝導部品と伝導コネクターの自己インダクタンスは大体インダクターと同等である。この時、接地されているコンデンサC１’は伝導部品、伝導コネクター及び大地の間の寄生コンデンサにより代用できる。寄生コンデンサC１’とL’の値が小さく且つ調節し難いので、回路全体のインピーダンスを調節するために高周波の部分のコンデンサC２’は可変コンデンサとして使用することができる。

コンデンサとインダクターの値は高周波の部分と低周波の部分の周波数により推定することができる。また、理想的なインピーダンスはコンデンサC１の値を選ぶことにより得られる。周知のように、コンデンサとインダクターにより組み合わされた回路そのものは複素インピーダンスを有する。従って、電気回路部品とケーブルが自身のインピーダンスを持つので、マッチング回路内の成分の値を選択並びに調整することによりRFマッチングを行なう。低周波の部分が低周波RF発生器に接続される時、アウトプット・ポートから低周波の部分まで測定した際に得られる低周波下でのインピーダンスと、アウトプット・ポートから戻る径路を経て低周波の部分まで測定した際に得られる低周波下でのインピーダンスは、大体共役マッチングといえる。高周波の部分が高周波RF発生器に接続される時、アウトプット・ポートから高周波の部分まで測定した際に得られる高周波下でのインピーダンスとアウトプット・ポートから戻る径路を経て高周波部まで測定した際に得られる高周波下でのインピーダンスは、大体共役マッチングといえる。

図５に示すRFマッチングネットワークにおいて、低周波RFエネルギーはコンデンサC２とインダクターLを含む電気回路を経てアウトプット・ポートで出力される。その後、低周波RFアウトプットは二本の可能な通路を通じて、真空中のプロセシングチャンバ或いは高周波の部分部に入力する。高周波の部分は（寄生コンデンサの他）コンデンサC２’とインダクターL’を含む。本実施例において、高周波の部分のコンデンサC２’とインダクターL’が設置されることにより、低周波RFインプット端にとって高周波の部分のインピーダンスはタンデム式プラズマ処理チャンバのインピーダンスよりもはるかに大きい。従って、低周波RF発生器の大部分のエネルギーは真空中のプロセシングチャンバに入力される。さらに、適当なコンデンサC２’の値を選択することにより、高周波の部分に入力されるエネルギーを２％以下に低下させることができる。

類似して、高周波RFエネルギーはコンデンサC２’とインダクターL’により組み合わされた回路を通じてアウトプット・ポートに達する。その後、高周波RFアウトプットは二本の可能な通路を通じて、真空中のプロセシングチャンバ、或いは低周波の部分に入力する。低周波の部分は寄生コンデンサ、コンデンサC２とインダクターLを含み、そのうちインダクターLとコンデンサC２は直列して接続されている。コンデンサC１の一端はコンデンサC２に接続されており、別の一端は接地されている。回路の配置によりコンデンサとインダクターの推定値が増し、さらにコンデンサの値を調整することで、高周波RFインプットにとって低周波部のインピーダンスはタンデム式プラズマ処理チャンバのインピーダンスよりもはるかに大きい。従って、高周波RF発生器の大部分のエネルギーは真空中のプロセシングチャンバに入力される。さらに、適当なコンデンサC１の値を選択することにより、低周波の部分に入力されるエネルギーを２％以下に低下させることができる。

図１と図２に示すように、処理ガスは共通ソース１６０により供給されている。共有ソース１６０により供給されているガスはシャワーヘッド１７０と１７５により各処理領域内に分配され、本実施例では、デュアル・ゾーン或いはマルチプル・ゾーンシャワーヘッドを用いている。即ち、図１に示すように、シャワーヘッド１７０は中心領域１７２と外縁領域１７６を含み、中心領域１７２と外縁領域１７６はシール１７４により分けられている。ガスパイプ１７１はガスを中心領域１７２に輸送し、ガス輸送管１７３はガスを外縁領域１７６に輸送する。中心領域と外縁領域の間のガス輸送比率は共通ソース１６０により制御されている。また、ガスパイプ１７１と１７３により輸送されるガス組成は共通ソース１６０により制御できる。即ち、ガス輸送管１７１と１７３は異なったガス、または同一のガス、或いは混合ガスを輸送することができる。

シャワーヘッド１７０と１７５はさらに内蔵式電極を含み、それぞれカソード１２０と１２５に結合されているRF発生器と接地回路を構成する。

図１ではまた中心真空ポンプ１８０を示す。真空ポンプ１８０が排気室１８４の排気ポート１８２により処理領域１１０と１１５内のガスを排出できる。単一の中心真空ポンプ１８０の使用により処理チャンバ全体の構造が簡素化され、並びに処理チャンバを小型化にすることができる。また、共通の排気ポート１８２はさらに二つの処理領域１１０と１１５の圧力を平衡にすることができるが、この設計はいくらかの問題をもたらす。以下に本実施例に基づき説明する。

以下に処理領域１１０について説明するが、この説明は処理領域１１５にも適用される。図１に示すように、排気ポート１８２が二つの処理領域１１０と１１５の間に設置されているので、各処理領域１１０と１１５に対して非対称である。例えば、矢印Aは粒子が処理領域に沿って排気ポート１８２に近付く通路で、矢印Bは粒子が処理領域に沿って排気口１８２から離れる通路であることは容易に理解できるが、通路bは通路aよりも長いので、処理領域１１０内の圧力差が生じる。この欠点を克服するために、本実施例では、各処理領域１１０と１１５内にマイクロチャンネルプラズマ制限リング１９０、１９５を設置する。制限リング１９０は処理領域１１０と排気口１８２を隔離するのに用いられ、処理領域１１０から圧力平衡を保ちながらガスを引出する。制限リング１９０は公開済みの米国特許出願2007/0085483で提出されているいずれのリングの構造でも用いることができる。

図３と図４に図１の処理チャンバで用いることができる制限リング１９０の実施例を示す。ここでは番号７０をつける。本発明は他のタイプのプラズマ制限装置を用いることができるが、さらに図３と図４に対する詳細に説明する。図３と図４に示すように、プラズマ制限装置は処理領域１１０と排気室１８４の間に設置されている。図１で示した実施例では、制限リング７０の上部位置とウェハ１３０はおおよそ同一の高さにある。図３、図４において、プラズマ制限リング７０は接地された導電部品７１を含む。接地された導電部品７１は外縁部７２の向かい側にある内部周辺エッジ７３により定義され、通常排気室１８４の内壁１８３を取り巻く。また接地された導電部品７１は上面７４及び向かい側のある底面７５を含む。図に示すように、いくつかのチャンネルは接地された導電部品７１内部であらかじめ定められた方式により設置されており、底面７４と上面７５の間に延伸されている。接地された導電部品７１は電場シールドを構成し、基本的にはRF放射が排気口１８２に達することを抑制する。この方法により、プラズマは排気口１８２内で励起する恐れがない。また、二つの処理領域１１０と１１５の間におけるRFクロストークを防止することもできる。

プラズマ制限リング７０はさらに接地されている導電部品７１の上面７４に位置する（或いは部分的に被覆されている）電気絶縁層８０を含む。図４に示すように、電気絶縁層８０は外縁部７２に対応するように放射線状に内側に向かって延伸されている。電気絶縁層８０は一層（図に示すように）或いは多層により構成されている。電気絶縁層８０の上方に位置しているのは導電支持リング９０である。導電支持リング９０は外縁部９１（外縁部７２と共通面）を有し、さらに一定空間が隔たっている内部周辺境界９２を含む。導電支持リング９０と前記いくつかの電気導電部品９５は集積され、導電部品９５があらかじめ定められた間隔により相互に隔てられている。並びに、接地された導電部品７１と絶縁しているので、このような電気導電部品９５はプロセスを行う時地面から電気的に浮いている。このような電気導電部品９５は一組の間隔をもったリング９６（或いは導電同心リング）としてここでは表示されている。リング９６の相互間は一組のチャンネル９９を構成し、チャンネル９９は接地された導電部品７１上のチャンネル７６と流体的につながっている。従ってチャンネル７６と９９は流体チャンネルを構成し、処理領域１１０内で生じたプラズマプロセスガスを処理領域１１０から離れさせ、排気ポート１８２に達するのに役立つ。本発明の一態様で、電気導電部品９５はドーピングした半導体材料により製造される。ドーピングは半導体材料の電気伝導性を増加させる働きがある。

図４から分かるように、９９のいずれのチャンネルの長さはあらゆる処理領域１１０内のプラズマに存在する荷電粒子の平均自由行程よりも大きい。従って、プラズマは処理領域１１０から排気室１８４に抽出されるうちに、すべてのチャンネル９９を通過した荷電粒子は皆いくつかの導電同心リング９６に衝突し、荷電粒子はプラズマプロセシング装置の排気室に達する前に帯びていた電荷が中和される。本発明において、図３と図４に示すように、電気伝導部品９５（ここでは一組の電気伝導性を有する同心リング９６を示している）の表面は処理領域１１０内で発生するプラズマに耐食性のある材料によりコーティングされる。本発明の一実施例において、電気伝導部品９５表面を覆っている材料はY2O3を含む。その被覆層は電気伝導部品９５がプラズマ腐食作用を受けないようにさせるので、これによりパーティクルが生じることはない。別の実施例では、電気伝導部品９５が一体成型の導電プレート（図には示していない）であり、導電プレートには穴或いは細長い穴が設置されており、その穴或いは細長い穴の構造形状が同様に設置され、プラズマ内の荷電粒子が通過するとき、荷電粒子を中和し、中性粒子だけを通過させることができる。

これ以外に、多数の限定装置の代替実施案を用いることができる。例えば、接地された導電部品７１とプラズマと接触するリング９６の表面は陽極酸化処理を行い、プラズマ腐食を防ぎ、電気絶縁層（図には示していない）を形成する。陽極酸化処理は電解の一種で、金属表面に酸化保護膜を形成することができる。陽極酸化処理はさまざまな目的に用いられる。金属表面にかたい被覆層を形成したり、金属に電気絶縁性と耐食性を与えたりするなどである。本発明の一別態様において、電気導電部品９６、電気導電支持リング９０及び接地された導電部品７１はアルミニウム製であり、電気絶縁層８０は陽極酸化皮膜層であり、導電支持リング９０が接地された導電部品７１に対する表面或いは接地された導電部品７１が導電支持リング９０に対する表面が陽極酸化処理されることにより得られる。本発明の別の状態では、このような構造のすべての表面が陽極酸化処理され、電気導電部品９５はプロセス中に地面から電気的に浮いていることができる。さらに、本発明のその他の状態において、電気導電部品内のいくつかの導電リングはプラズマに向かっている或いは接触している表面領域は陽極酸化処理をしておき、さらにプラズマに耐食性を向上するのにY2O3をコーティグする。前述の実施方式以外に、電気絶縁層８０の代わりに同様の機能を持つ電気絶縁スペーサ（図には示していない）を用いてもよい。このスペーサは導電支持リング９０と接地された導電部品７１の間に置き、電気導電部品９５を地面から電気的に浮いているのを確保するのに役立つ。

プラズマ処理領域１１０内で用いられるプラズマ制限リング７０は接地された導電部品７１及びその上に位置する導電性を持ち且つ地面から電気的に浮いている電気導電部品９５を含み、プラズマ制限リング７０はプラズマシールド及びRFシールドを形成する。即ち地面から電気的に浮いている導電部品９５がプラズマシールドになり、活性化した粒子が中から通過することを防ぐ。接地された導電部品７１はRFシールドになり、RFエネルギーが中から通過することを防ぐ。地面から電気的に浮いている電気導電部品９５は一組のチャンネル９９を定義し、チャンネル９９を通って処理領域１１０からの排気は制御できる。チャンネル９９のサイズは荷電粒子を消滅させ、中性粒子を通過させるように設ける。この方法により、制限リング７０は処理領域１１０内で均一な圧力を保持するために、処理領域１１０からの排気操作を制御し、荷電粒子が排気口１８２に進入することを防ぎ、RFが排気口１８２に印加することを防ぐので、プラズマが排気口１８２で励起することがない。その上、さらに処理領域１１０と１１５の間でRFクロストークが起こることを防止することができる。

本実施例の別の特性は図２で示されている隔離リング１３２にある。隔離リング１３２は矢印Dに示すように垂直方向において移動することができる。ウェハ１３０を処理領域１１０に出し入れするために、隔離リング１３２を高位置に移動させ、タンク１３４が現れるようにする。ウェハ１３０をカソード上に配置した後、隔離リング１３２を図２に示す低位置へシフトする。この低位置において、隔離リング１３２により定義される処理領域１１０は円形対象を呈し、タンク１３４は隔離リング１３２後方に「隠れる」ので、プラズマと接触することはない。プラズマが接触できる領域は隔離リング１３２で定義された円形境界である。即ち、低位置において、各隔離リング１３２は各処理領域１１０，１１５に円形境界を決める。また、本実施例では、隔離リング１３２が誘電材料によって作成され、厚みTを有するので、接地されているチャンバ壁面とプラズマを隔離することができる。即ち、厚みTが合理的な計算により値を決めれば、RFリターンパスがプラズマから接地されたチャンバ壁１０５を通過することを防止できる。従って、RFリターンパスはシャワーヘッド１７０を通って、シャワーヘッド１７０を上電極としてRFを元に戻すことができる。

隔離リング１３２はさらにチャンバ内の圧力を均等にするにも用いられる。図６に隔離リングを設置する例を挙げる。図６内の処理チャンバ６００は図１、図２で示されているものと類似しているので、ここでは詳細な説明を省き、図６に示されている目立つ特徴についてのみ説明する。図６に示されている実施例は二つの処理領域の間に設置されている圧力平衡構造に関する。本実施例において、圧力平衡構造は隔離リング６３２により実現される。図に示すように、分離壁６８２上にチャンネル６８４が設置されている。隔離リング６３２は矢印Dが示すように、高位置にシフトすると、チャンネル６８４により処理領域６１０と６１５の間でガスが自由に通過できるようになる。また、隔離リング６３２内にはさらに圧力平衡通路６３４，６３６が設置されている。隔離リングが低位置にシフトすると、図６に示すように、圧力平衡通路６３４，６３６とチャンネル６８４は共通のチャンネルを形成し、処理領域６１０と６１５内の圧力は流体的につながるチャンネル６３４、６８４と６３６により平衡に達する。

本発明はプラズマ制限とRF分離が設計されているので、各処理領域は単独でプロセシングを行なうことができ、多数の処理領域が同時に並行してプロセシングを行なうこともできる。また多数の処理領域は同等のプラズマ処理条件/環境を有することができる。その結果、従来技術におけるステーションマッチングの問題を解決することが可能である。

図７に本発明のもう一つの実施例を示す。二つのカソードには多数のRFパワーが印加されている。図７の実施例は本発明が提示している別の実施例の修正で、またはここでは示していないその他の方式と連結して実現することができる。図７で提示している具体的な実施例は図１に示されている実施例を採用しており、類似した部品については類似した番号を用いている。異なるのは100シリーズの代わりに７００シリーズに基づき表示されている。

図７に示すように、各カソード７２０と７２５は共に３つのRF周波数を受信する。プラズマ密度とイオンエネルギーを分けて制御することにより、エッチング工学をコントロールする。即ち、一つ或いは二つの周波数はプラズマイオンエネルギーを制御する。プラズマイオンエネルギーを制御する周波数は低い範囲から選択すべきで、例えば一つは500KHzないし2MHzの範囲から選び、もう一つは13MHz（正確に述べると13.56MHz）を選択する。このような周波数は通常バイアス周波数と呼ばれる。プラズマの密度は高い周波数を通じて制御でき、例えば27MHz、60MHz、100MHz或いは160MHzであり、これは通常ソース周波数を呼ばれる。また、単一のバイアス周波数と一対のソース周波数を用いることもできる。例えば、単一のバイアス周波数が取る値は500KHz乃至2MHzの範囲内から選択されるか或いは13MHzである。一対のソース周波数が取る値は27MHz、60MHz、100MHz或いは160MHzである。

具体的な実施例で、バイアス周波数７５４，７５７を用い、2MHz或いは13MHzに設定する。並びに二つのソース周波数、即ち、カソード７２０に７５２と７５４、カソード７２５に７５８と７５９を印加する。それぞれのソースRFは27MHzと60MHzに設定されている。このような設計はプラズマ粒子の解離に対して制御しやすいためである。

図７で提示している実施例のもう一つの特徴はスイッチ７６３と７６７である。スイッチ７６３と７６７により本実施例は多数の選択可能な周波数の間で切り換えられ、さらにプラズマ粒子の解離を制御することができる。スイッチ７６３と７６７を用いることにより、前述のあらゆる実施例はプラズマ処理チャンバ内で用いられ、第一段階の操作と第二段階の操作を提供する。第一段階の操作で、バイアス周波数とソース周波数の第一組み合わせを採用し、第二段階の操作では、バイアス周波数とソース周波数の第二組み合わせを採用する。例えば、プラズマ処理チャンバは低バイアス周波数（例えば約2MHz）を用いてメインエッチ段階の工学操作を行ない、それからオーバーエッチングを実施する場合、「軟着陸」するために、比較的高いバイアス周波数、例えば13MHzに切り換える。他方で、処理チャンバでは、例えば27MHzのような低ソース周波数を用いてエッチングを行なうが、エッチングを完成した後、ウェハは処理チャンバから搬送され、処理チャンバに対して更に高密度のプラズマにより洗浄を行なう。更に高密度のプラズマは例えば60MHz、100MHz或いは160MHzのような、周波数が一層高いのソースパワーを用いることで得られる。

図８に本発明の実施例に基づいて実現した二つのバイアス周波数を用いてプロセシングを行った例を示す。このプロシングは、例えば半導体ウェハのエッチングである。ステップ８００において、ソースRFパワーが励起され、プラズマを点火する。ソースRFパワーの周波数は27MHz、60MHz、100MHz、160MHz等のいずれにしてもよい。ステップ８１０では、第一バイアスパワーが励起され、処理チャンバまで印加し、解離されたイオンがウェハに衝撃を与える（ステップ８２０）。一番目のステップが完成したら、第一バイアスパワーをステップ８３０でオフし、ステップ８４０において第二バイアスパワーが励起され、二番目のステップ８５０が行われる。この場合、第一バイアスパワーは約2MHz可能で、第二バイアスパワーは約13MHz可能である。この場合では、バイアスパワーが2MHzであれば、ソースパワーは少なくとも10倍以上であることになる。他方で、バイアスパワーが13MHzに設定するとき、ソースパワーはその2倍或いはそれ以上であることになる。例えば、バイアスパワーが13MHzのとき、ソース周波数はその2倍（即ち27MHz）或いはその5倍（即ち60MHz）、若しくはそれ以上（100MHzか160MHｚ）に設定すればよい。

図９に本発明の実施例に基づいて実現した二つのソース周波数を用いてプロセシングを行う例を示す。このプロシングは例えば半導体ウェハのエッチング及びその後のインシチュー・クリニングである。ステップ９００において、第一ソースRFパワーが励起され、プラズマを点火する。このソースRFパワーの周波数は例え27MHzである。ステップ９１０では、バイアスパワーが励起され、処理チャンバまで印加し、解離されたイオンがウェハに衝撃を与え、エッチングプロセシングを行なう（ステップ９２０）。エッチングステップが完成したら、ステップ９３０のバイアスパワーをオフし、ステップ９３５においてウェハを処理チャンバから搬送する。それからステップ９４０で第二ソースパワーを励起させクリニングを行なう（ステップ９５０）。その場合、第二ソースパワーの周波数は60MHz、100MHz或いは160MHz可能である。

最後に、理解されたいのは、ここで述べられているプロセスと技術は本質的に如何なる特定の装置とは関係なく、そしてそれはどんな好適な部品を用いてもよい。この他、本発明が示している内容に基づいて、さまざまな型のデバイスを応用することができる。製造用の器材でも本特許で述べられている方法と工程を実現することができ、かつ非常に優れているものである。本発明は具体的な実施方式を参照して叙述しているが、これらは皆意図を示すためのものであり、限定するものではない。本領域の技術者は異なるハードウェア、ソフトウェアとファームウェアの組み合わせが本発明の実施に適用できることに気づくと思われるであろう。例えば、ソフトウェアはさまざまなプログラムやコマンドコード言語により述べられ、C/C++、PERL、SHELL、PHP、JAVA（登録商標）などである。

以上述べたことは、本発明における最良の実施例の詳細な説明と図にすぎず、本発明の特徴はこれだけに限られず、本発明を制限するものではない。本発明のすべての範囲は上記の請求範囲に準じ、本発明の請求範囲の主旨と類似した実施例に合致し、本発明の範疇に属する。この領域を熟知している技術者が、本特許の範囲内で、手を加え、変更したものはすべて、上記の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の実施例に基づいたタンデム式プラズマ処理チャンバを示す断面概略図。 図１のC-C線における断面概略図。 本発明におけるプラズマ制限装置の実施例を示す断面図。 図３で示されるプラズマ制限装置の局部、縦方向に拡大した断面図。 本発明のRFマッチング回路構造の概略図。 実施例で示される二つの処理領域の間で用いている圧力平衡構造。 本発明の実施例で示される二つのカソードに印加された多数のRF周波数。 本発明の実施例に基づいて実現した二つのバイアス周波数を用いてプロセシングを行った例。 本発明の実施例に基づいて実現した二つのソース周波数を用いてプロセシングを行った例。

符号の説明

１００，６００，７００ タンデム式プラズマ処理チャンバ
１０５，７０５ チャンバ体
１１０，１１５，７１０，７１５ 処理領域
１２０，１２５，７２０，７２５ カソード
１２２，７２２ 分離壁
１３０，１３５，７３０，７３５ ウェハ
１３２ 隔離リング
１３４ タンク
１４０，１４５，７４０，７４５ RF導体
１５０，１５５，７５０，７５５ コネクタ
１５２，１５４ RF発生器
１５３，１５７，７５３，７５７ マッチング回路
１５６，１５８ RF発生器
１６０，７６０ 共有ソース
１７０，１７５，７７０，７７５ シャワーヘッド
１７１，７７１ ガス輸送管
１７２，７７２ 中心領域
１７３，７７３ ガス輸送管
１７４，７７４ シール
１７６，７７６ 周辺領域
１８０，７８０ 中心真空ポンプ
１８２，７８２ 排気口
１８３，７８３ 内壁
１８４，７８４ 排気室
７０，１９０，１９５，７９０，７９５ 制限装置
７５１，７５２，７５８，７５９ ソース周波数
７５４，７５６ バイアス周波数
７６３，７６７ 切換スイッチ
７１ 導電部品
７２ 外縁部
７３ 内部周辺エッジ
７４ 上面
７５ 底面
７６ チャンネル
８０ 電気絶縁層
９０ 電気導電支持リング
９１ 外縁部
９２ 内部周辺境界
９５ 電気導電部品
９６ 電気伝導リング
９８，９９ チャンネル
６１０，６１５ 処理領域
６３２ 隔離リング
６３４，６３６ 圧力平衡通路
６８２ 分離壁
６８４ チャンネル
T 厚み

Claims (32)

1. 少なくとも二つのプラズマ処理領域を有し、個別的若しくは同時に少なくとも二つのウェハを処理することができ、それぞれの処理領域の下部にカソードを設置し、処理領域の上部にアノードを設置し、排気通路を有、少なくとも一つの排気通路に連結する真空ポンプと少なくとも二つのRFマッチング回路を含み、それぞれのRFマッチング回路は少なくとも一つの第一周波数と一つの第二周波数をいずれのカソードに結合し、そのうち、第一周波数が第二周波数より高いことを特徴とするプラズマ処理室。
2. さらに、請求項1に記載の処理室であって、それぞれカソード付近に位置し、プラズマが処理領域から排気チャンネルに進入するのを防止するための少なくとも二つのプラズマ制限装置を含むことを特徴とするプラズマ処理室。
3. 請求項２に記載の処理室であって、各プラズマ制限装置がプラズマシールドとRFシールドとを含むことを特徴とするプラズマ処理室。
4. 請求項３に記載の処理室であって、プラズマシールドが地面から電気的に浮いている導電的な部品を含み、前記RFシールドが接地される導電部品を含むことを特徴とするプラズマ処理室。
5. さらに、請求項４に記載の処理室であって、少なくとも二つの移動できる絶縁隔離リングを含み、それぞれの隔離リングをいずれの処理領域に設置し、低位置に合わせる時、各隔離リングが各処理領域の周辺境界を限定することを特徴とするプラズマ処理室。
6. 請求項５に記載の処理室であって、処理室は接地されるチャンバ壁を設置し、隔離リングは接地されるチャンバ壁をRFエネルギーからシールドするのに充分な厚さを有するように設けることを特徴とするプラズマ処理室。
7. 請求項６に記載の処理室であって、各隔離リングが少なくとも一つの圧力平衡通路を含むことを特徴とするプラズマ処理室。
8. 請求項７に記載の処理室であって、二つの処理領域は隔てる隔離壁を含み、該隔離壁が圧力平衡チャンネルを含み、隔離リングを低位置に合わせる時、圧力平衡チャンネルと前記圧力平衡通路がつながることを特徴とするプラズマ処理室。
9. 請求項１に記載の処理室であって、さらにいくつかのRF伝導体を含み、それぞれのRF伝導体がRFエネルギーを前記RFマッチング回路の一つから対応するカソードに結合し、RFエネルギーは均一にカソードに結合するために、各RF伝導体にはいくつかの均一分布した枝分かれを設けることを特徴とするプラズマ処理室。
10. 請求項９に記載の処理室であって、各RFマッチング回路が高周波インプットと低周波インプットと併用するオウトプットを含み、高周波インプットと併用するアウトプットの間に高周波マッチング回路を結合し、低周波インプットと併用するウトプットの間に低周波マッチング回路を結合し、該高周波マッチング回路が第二と第四RF周波数に対して高インピーダンスを示し、該低周波マッチング回路が第一と第三RF周波数に対して高インピーダンスを示すことを特徴とするプラズマ処理室。
11. 請求項１０に記載の処理室であって、前記第一RF周波数が約27MHz、約60MHz或いは約100MHzから選択されることを特徴とするプラズマ処理室。
12. 請求項１０に記載の処理室であって、前記第二RF周波数が約500KHzから2.2MHzまでの範囲から選択されることを特徴とするプラズマ処理室。
13. 請求項１に記載の処理室であって、前記各RFマッチング回路がさらに第三RF周波数を対応するカソードに結合することを特徴とするプラズマ処理室。
14. 請求項１３に記載の処理室であって、さらにいくつかの切り換えスイッチを有し、それぞれの切り換えスイッチは第一、第二及び第三RF周波数の間に切り換え操作を行なうのに用いることを特徴とするプラズマ処理室。
15. タンデム式プラズマエッチング処理室であって、第一処理領域及び第二処理領域と、第一処理領域と第二処理領域とを隔てるための隔離壁と、
    第一処理領域及び第二処理領域と流体的につながる排気室を含み、該排気室は単一の排気口を含み、接地されている導電的なチャンバと、
    前記排気口に接続している真空ポンプと、
    第一処理領域の底部に固定され、ウェハを支持するための静電チャックを含む第一固定カソードと、
    第一処理領域の上部に固定され、第一電極を含む第一シャワーヘッドと、
    第二処理領域の底部に固定され、ウェハを支持するための静電チャックを含む第二固定カソードと、
    第二処理領域の上部に固定され、第二電極を含む第二シャワーヘッドと、
    第一ガシャワーヘッドと第二ガシャワーヘッドにプロセシングガスを供給する共用ガス源と、
    同時に少なくとも一つの低周波RF周波数と一つの高周波RF周波数を第一カソードに結合する第一RFマッチング回路と、
    同時に少なくとも一つの低周波RF周波数と一つの高周波RF周波数を第二カソードに結合する第二RFマッチング回路であって、該高周波RF周波数の大きさが該低周波RF周波数に対し少なくとも2倍であることを特徴とするタンデム式プラズマ処理室。
16. 請求項１５に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、プラズマが第一処理領域から排気室に進入するのを防止するのに用い、第一カソード付近に位置する第一プラズマ制限装置と、プラズマが第二処理領域から排気室に進入するのを防止するのに用い、第二カソード付近に位置する第二プラズマ制限装置を含むことを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
17. 請求項１６に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、前記第一と第二プラズマ制限装置がプラズマシールドとRFシールドとを含むことを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
18. 請求項１６に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、前記プラズマシールドが地面から電気的に浮いている導電的な部品を含み、前記RFシールドが接地される導電部品を含むことを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
19. 請求項１５に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、さらに第一処理領域内に位置する第一移動できる絶縁隔離リングと第二処理領域内に位置する第二移動できる絶縁隔離リングを含み、そのうち前記第一、第二移動できる絶縁を高位置に合わせる時にウェハを載せるために用い、低位置に合わせる時はウェハのプロセシングに用いることを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
20. 請求項１９に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、第一、第二移動できる絶縁隔離リングがそれぞれ一定の厚みを有し、接地されるチャンバ壁をRFエネルギーからシールドすることを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
21. 請求項２０に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、第一、第二移動できる絶縁隔離リングがそれぞれ少なくとも一つの圧力平衡通路を含むことを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
22. 請求項２１に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、前記隔離壁が圧力平衡チャンネルを含み、第一、第二移動できる絶縁隔離リングを低位置に合わせる時、前記圧力平衡チャンネルと第一、第二移動可能な絶縁隔離リング上の圧力平衡通路がつながることを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
23. 請求項１５に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、前記低周波RF周波数の範囲が約500KHzないし2.2MHzまでから、前記高周波RF周波数が約27MHz、約60MHz或いは約100MHzから選択されることを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
24. 請求項１５に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、さらに第一RFマッチに接続される第一切り換えスイッチと第二RFマッチに接続される第二切り換えスイッチを含み、第一と第二切り換えスイッチのそれぞれにより、二つの低周波RF周波数のうちから前記低周波RF周波数を選択することと、二つの高周波RF周波数のうちから前記高周波RF周波数を選択することを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
25. 請求項１５に記載のタンデム式プラズマエッチング処理室であって、前記第一処理領域と第二処理領域中のいずれにしても、もう一方の処理領域に対して独立してプロセシングを行なうことができることを特徴とするタンデム式プラズマエッチング処理室。
26. 結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、多数の処理領域を有する導電的な処理室と、
    多数の処理領域を隔てるための隔離壁を含み、前記隔離壁には多数の処理領域内の圧力平衡を保つために流体的なチャンネルを設置し、さらに前記多数の処理領域の少なくとも一つと流体的につながる排気室を含み、接地されている導電的な処理室と、
    前記排気口に接続している少なくとも一つの真空ポンプと、
    それぞれの処理領域の底部に固定され、ウェハを支持するためのチャック装置を含む多数のカソードと、
    それぞれの処理領域の上部に固定され、一つの電極を含む多数のシャワーヘッドと、
    前記多数のシャワーヘッドにプロセシングガスを供給する共用ガス源と、
    多数のRFマッチであって、それぞれは少なくとも一つの低周波RF周波数と高周波RF周波数を同時に対応するカソードに結合すること、を特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
27. 請求項２６に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、プラズマが処理領域から排気室に進入するのを防止するのにそれぞれのカソード付近に位置する多数のプラズマ制限装置を含むことを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
28. 請求項２７に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、各プラズマ制限装置がプラズマシールドとRFシールドとを含むことを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
29. 請求項２８に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、前記プラズマシールドが導電性のある地面から電気的に浮いている部品を含み、前記RFシールドが接地される導電部品を含むことを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
30. 請求項２６に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、それぞれの処理領域は一つの移動できる絶縁隔離リングを含み、各隔離リングを低位置に合わせる時、対応する処理領域の周辺境界を限定することを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
31. 請求項３０に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、前記各絶縁隔離シールドは一定の厚さを有し、接地されるチャンバ壁がRFエネルギーからシールドされることを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。
32. 請求項２６に記載の結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室であって、各絶縁隔離リングがさらに少なくとも一つの圧力平衡通路を含み、絶縁隔離リングを低位置に合わせる時、圧力平衡通路と圧力平衡チャンネルと流体的につながることを特徴とする結合を除くリアクティブイオンエッチング処理室。