JP2021535589A - 低粒子プラズマエッチング用の方法および装置 - Google Patents

Abstract

プラズマエッチングデバイス（１）であって、中心軸（Ａ）のまわりでループする側壁（１８、１８’）を有する、少なくとも１つのプレート形基板用の真空チャンバ（２）を備え、真空チャンバ（２）は、− 基板ハンドリング開口（２８）と、− 還元ガスおよび不活性ガス用の少なくとも１つの入口（３４）と、− 真空チャンバ（２）のエッチング隔室（３１）の中央の下部領域における基板支持体として形成された架台（１１、１１’）であって、架台（１１）が、電気的に絶縁されたやり方で真空チャンバ（２）に取り付けられ、第１の電圧源（８）の第１の極に接続され、それにより第１の電極（１１、１１’）を形成し、第１の加熱および冷却の手段（１６、１６’）を包含する架台（１１、１１’）と、− 電気的に接地に接続され、第１の電極（１１、１１’）を囲む第２の電極（１２、１２’）と、− 両シールドが互いに熱的かつ電気的に接続されている少なくとも１つの上部シールド（１３’）およびスクリーンシールド（１３’’）を備える、電気的に接地に接続された第３の電極（１３）であって、それによって、スクリーンシールド（１３’’）がエッチング隔室（３１）のまわりでループし、− それによって上部シールド（１３’）およびスクリーンシールド（１３’’）のうちの少なくとも１つが少なくとも１つのさらなる加熱および／または冷却の手段（１７、１７’）を備える、第３の電極（１３）とを含み、デバイス（１）は、真空ポンプシステム（４）と、エッチング隔室（３１）の側壁を画定する少なくとも上部側壁（１８）のまわりでループする、誘導コイル（９）とをさらに備え、それによって、コイル（９）の１つの第１の終端（９’）が第２の電圧源（１０）の第１の極に接続されており、コイルの１つの第２の終端（９’’）が接地に接続されている、プラズマエッチングデバイス（１）。

Description

本発明は、請求項１に記載のプラズマエッチングデバイスと、そのようなプラズマエッチングデバイスにおいて半導体基板をプラズマエッチングするための請求項２０に記載のプロセスとに関する。

定義および測定機器
ＡＭＯＬＥＤ アクティブマトリクス有機発光ダイオード
ＣＣＤ 電荷結合素子センサ
ＣＨ_４ メタンガス
ＣＴＥ 熱膨張係数
ＥＳＣ 静電チャック
ＩＣＰ 誘導結合プラズマ
ＩＴＯ インジウムおよびスズの酸化物（Ｉｎ_ｘＳｎ_ｙＯ_ｚ）
ＬＣＤ 液晶表示器
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＲＩＥ 反応性イオンエッチング
ＴＣＯ たとえばＩＴＯまたは酸化亜鉛（ＺｎＯ）といった透明な導電性酸化物

イオン密度および電子密度（Ｎ_ｅおよびＮ_ｉ［ｃｍ^−３］）、浮遊電位およびプラズマ電位（Ｖ_ｆおよびＶ_ｐ［Ｖ］）、電子温度（Ｔ_ｅ［ｅＶ］）およびイオン束（ｌ_ｉ［ｍＡ ｃｍ^−２］）のようなある特定のプラズマパラメータを系統的に最適化するためのラングミュア測定のために、直径が４８０ｍｍであり架台から最上部までの高さが１６２ｍｍである、ＣＬＮ３００Ｅマルチチャンバシステムの円形のエッチング隔室において、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＳｙｓｔｅｍｓのＳｍａｒｔ Ｐｒｏｂｅ（商標）という自動化された修正ラングミュアプローブのプラズマ診断デバイスが使用された。チップ長さが６ｍｍでチップ半径が０．７ｍｍの修正された可撓性プローブが、プラズマにおける接地されたシールドを通って、架台／ウェーハ面に対して約２０ｍｍの距離で平行に移動された。テスト系列のために、約０．１Ｐａの低い圧力および約０．５Ｐａの高い圧力が使用された。ＭＦ源によって、エッチング隔室のまわりに巻きつけられた１５ループのコイルに対して、４００ｋＨｚの周波数で１，０００ＷのＭＦ電力が印加された。そのような基本構成は、異なるガス混合物を使用し、ＭＦ電力およびＲＦ電力を変化させて、ラングミュアプローブ測定なしのさらなる試験用にも使用された。測定システムは、プローブに対して＞１００ｋＨｚの周波数を有する−５０〜＋５０Ｖの鋸歯状信号を印加する外部トリガによって起動された。

エッチングプロセス後のウェーハ面上の粒度測定法のために、ＮａｎｏＰｈｏｔｏｎｉｃｓのＲｅｆｌｅｘ Ｔａｂｌｅ Ｔｏｐレーザ表面分析装置が使用された。それによって、楕円面鏡は、その第１の焦点がウェーハ面上のレーザスポットと一致するように配置される。楕円面鏡は、そのポイントから散乱したすべての光を収集して、ダイヤフラムが設置されている第２の焦点に合焦する。ダイヤフラムはレーザスポットから来る光のみを通し、したがって外部照明の影響を緩和する。光の方向を変化させて全体的なシステムのサイズをより小さくするために２つの平坦なミラーが使用される。そのような光学系はウェーハ面に垂直な軸に対して対称であるので、収集される散乱光の量は光学系に対する粒子配向と無関係である。そのようなシステムは、粒子をカウントし、これらをサイズで特徴づけ、ウェーハ面の掻き傷またはヘイズ効果から区別することもできる。そのようなシステムは半導体測定学において基準システムとして使用される。

「ペースト」プロセスは、基本的に、製品基板と同一の寸法の基板から水蒸気または揮発性有機化合物を除くことができる材料をスパッタするための生産プロセスと同一のセットアップを使用するプロセスである。基本的に、製品基板に関するものと同一のプロセスパラメータが使用され得るが、多くの場合に、より長いエッチング時間ならびに／あるいは異なるスパッタガスおよび／または圧力のような軽微な変更が適用される。ペーストは、時間浪費のシールド変更、あるいは多くの場合不可能であるかまたは非常にアグレッシブなプラズマ化学を必要とする、壁に堆積したフィルムの実際のバックエッチングの、いずれかの代替案と見なされている。ペーストは、通常、定義された壁状態へのチャンバの「リセット」と見なされているが、それにもかかわらず、一定期間の後にはたいていシールド変更が必要とされる。

表示器（ＬＣＤ、ＡＭＯＬＥＤ、マイクロＬＥＤ）、センサ（ＣＣＤ）、アモルファスシリコン太陽電池等の光電子デバイスは、多くの場合、光伝送要素または発光要素の上に設置された薄膜透明電極を含む。透明電極は、一般的には透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）から成る。ＴＣＯの代表例には、亜鉛の酸化物（ＺｎＯ）ならびにＩＴＯと一般に分類されるインジウムとスズの酸化物（Ｉｎ_ｘＳｎ_ｙＯ_ｚ、たとえば９０％のＩｎ_２Ｏ_３および１０％のＳｎＯ_２）がある。製造中に、電極材料は、基板上にＴＣＯの薄膜として堆積される。その後、事前に選択された部分を除去することによって所望の導電経路またはワイヤリングを画定するために、ＴＣＯが選択的にエッチングされる。たとえば超高精細度および超高分解能の表示器のような新規の開発は、サブミクロン寸法以内の非常に狭いラインおよびスペースを有する導電性ＴＣＯ領域を画定する必要があり、そこには、より効果的なマイクロスケール／ナノスケールの処理が必要とされる。したがって、非常に厳格な粒子仕様とともに、エッチングされたラインおよびアイランドのアスペクト比および限界寸法が要求されている。その上、ＴＣＯプロセスは、全体のプロセス流れの最後に向けられ、そのような基板またはウェーハはかなりの高価格であって製品歩留まりが重要な役割を果たし、その結果、０．２μｍよりも大きい粒子の数は１ｃｍ^２当りの最高限度で０．０４であるというフロントエンド粒子仕様がＴＣＯプロセスに適用され、これは、３００ｍｍのウェーハ上で、許容されるのは、少なくとも１つの寸法において０．２μｍよりも大きいサイズの粒子の数が３０未満（＜３０ｐｃｓ）であることを指す。

国際公開第２０１７／２０７１４４号 国際公開第２０１７／２１５８０６号 米国特許第６８１４８３８号明細書 米国特許第９７１９１７７号明細書

大量生産用の現況技術の機器でそのような厳しい規定を満たすのは容易なことではない。本発明の目的の１つは、そのような厳しい粒子規定をより容易に満たすことを可能にすることであり、以下で開示されるようなエッチング装置およびエッチングプロセスによって達することができる。この目的は、エッチング隔室の異なる部分の温度管理に関して柔軟性の高いエッチング装置を提供するという目的と一致する。さらなる目的は、ウェーハ基板を、約１００℃以上の高温まで高速で加熱して、エッチングプロセス中には、基板材料にとって危険な最高温度を超過することなくその温度に維持することができるデバイスおよびプロセスを提供することである。これは、言い換えれば、ＩＣＰプラズマからの高エネルギー束および基板バイアスからの熱負荷の下で、基板温度を維持しかつ安定化することを意味する。別の目的は、掲げられた高度なプロセス仕様のために使用されるサービスおよびペーストのステップの数を基本的に減らすことである。

本発明の一実施形態では、プラズマエッチングデバイスは、少なくとも１つのプレート形の基板用に、側壁が中心軸Ａのまわりでループする真空チャンバを備え、このチャンバは、
− 基板ハンドリング開口であって、開口の両側の間に大きな圧力差がある場合にはロードロックになり得る基板ハンドリング開口と、
− 還元ガスおよび不活性ガス用の少なくとも１つの入口と、
− チャンバのエッチング隔室の中央の下部領域における基板支持体またはワーク支持具として形成された架台であって、ＲＦ源であり得る第１の電源の第１の極に接続され、それにより第１の電極を形成し、第１の加熱および冷却手段を包含する架台と、
− 接地にＲＦ接続（ＲＦプラズマに暴露された部品を安全に接地するように適合された導電接続を意味し、そのような接続の例は、後に示される、同じ譲受人のＷＯ２０１７／２０７１４４およびＷＯ２０１７／２１５８０６に詳細に説明されている）されて第１の電極を取り囲む対電極である第２の電極であって、第２の電極は、チャンバ底部、下部のチャンバ部品、および架台の周囲のうちの少なくとも１つを保護するための少なくとも１つの下部シールドを含み、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で印加されるような０．０５Ｐａ〜０．７Ｐａまたは０．１Ｐａ〜０．５Ｐａの一般的なプロセス圧力範囲にて、０．５〜５ｍｍまたは０．８〜２ｍｍであり得る暗室距離で、第１の電極に向けて配置され得る第２の電極と、
− 垂直方向において第２の電極と真空チャンバの頂壁に取り付けられた上部シールドとの間にあって接地にＲＦ接続された、これも対電極である第３の電極であって、互いに熱的かつ電気的に接続された少なくとも１つの上部シールドおよびスクリーンシールドを備え、それによってスクリーンシールドがエッチング隔室のまわりでループし、これらのシールドが、頂壁によって形成されたチャンバ天井の内表面と少なくともチャンバ側壁の上部とをエッチングの残留物から保護し、それによってスクリーンシールドが、中心軸Ａに対して平行に、または少なくともほぼ平行に差し入れられ、
− それによって、上部シールドおよびスクリーンシールドのうちの少なくとも１つが、これらのシールドを恒久的に一定温度レベルに維持するように構成された少なくとも１つのさらなる加熱および／または冷却手段を備える、第３の電極とを含む。
このデバイスは、真空ポンプシステムと、エッチング隔室の真空気密側壁を画定してスクリーンシールドを取り囲む上部側壁のまわりでループする誘導コイルとをさらに備え、それによってコイルの第１の終端が、ＭＦ源であり得る第２の電圧源の第１の極に接続され、コイルの第２の終端が接地に接続されて、真空チャンバのエッチング隔室の内部で誘導結合プラズマを生成し、それによって、少なくとも真空チャンバの最上部または上部シールドと架台との間の領域では、少なくとも真空チャンバの上部壁は、たとえば酸化アルミニウムもしくは窒化ホウ素といったセラミックスまたは石英で作製されている。

本発明の基本的なバージョンでは、加熱および冷却手段ならびにさらなる加熱および冷却手段または以下で言及されるような補助的な加熱および／または冷却手段は、プロセスの必要性に応じてそれぞれの加熱液または冷却液を伴う第１の加熱および冷却デバイスによって与えられ得ることが特筆される。

さらなる実施形態では、チャンバが備え得る温度制御手段は、加熱および冷却手段に接続されており、架台の加熱および冷却を制御して、基板をたとえば６０〜１８０℃といった３０〜２００℃の一定温度に維持するためのものであり、以下の表１も参照されたい。制御手段は、温度測定デバイスによって測定された基板温度に依存して加熱電力および／または冷却電力を設定するための制御回路を備え得る。

加えて、第２の電極の表面を構成する下部シールドは、補助的な加熱および／または冷却手段に接続され得るか、あるいは下部シールドをたとえば−４０〜１００℃の一定温度に維持するための補助的な加熱および／または冷却手段を備え得る。これらの補助的な加熱および／または冷却手段は、上記で言及されたような加熱および冷却手段あるいはさらなる加熱および／または冷却手段と同様に、下部シールドを一定温度に維持するかまたはある特定のプロセスのニーズに温度を調節する温度制御手段に接続されてよい（以下の表１も参照されたい）。

それによって、第１の加熱手段、さらなる加熱手段および補助的な加熱手段のうちの少なくとも１つが、電気抵抗加熱デバイス、放射加熱デバイスまたは加熱液を含む少なくとも１つの加熱回路を備えてよく、第１の冷却手段、さらなる冷却手段および補助的な冷却手段のうちの少なくとも１つが、冷却液を包含する少なくとも１つの冷却回路を備え得る。

加えて、第１の加熱手段、さらなる加熱手段および補助的な加熱手段のうちの少なくとも１つが、温度の異なる２つの流体貯蔵器が取入れ口に接続されている流体回路と、加熱／冷却温度を設定するための混合ユニットとを備え得る。少なくとも１つの加熱および／または冷却回路が、壁とシールドのそれぞれの表面の間の広い接触領域によってシールドのうちの少なくとも１つを加熱するかまたは冷却するように、チャンバ壁の内部に取り付けられ得る。

少なくとも１つのガス入口が、通常の管およびガスラインおよび／またはたとえばそれぞれのガス割合を計量するための質量流量計制御デバイス（ＭＦＣ）といった計量デバイスによって、チャンバあるいは還元ガスおよび不活性ガスの貯蔵器に接続され得る。架台の表面の内部のチャネルもしくは空洞で終結する追加のガスラインによって接続された追加の入口またはウェーハの直下にあるＥＳＣが、通常はたとえばＡｒといったやはり不活性ガスであるはずの冷却ガスの貯蔵器にさらに接続され得る。ＭＦＣに安全なガス止め機能が備わっているとき、開示されるような任意の弁が１つまたはいくつかのＭＦＣによって置換され得る。

還元ガスは、水素、室温において揮発性の炭化水素ガスのうちの少なくとも１つを含んでよく、不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅｎｏｎ）のうちの少なくとも１つを含み得る。粒子放射が少ないという点で非常に効率的であることが立証されている一実施形態では、還元ガスは水素（Ｈ_２）およびメタン（ＣＨ_４）を含み、不活性ガスはアルゴン（Ａｒ）である。

スクリーンの内部のＩＣＰ電力のうず電流損を回避するために、スクリーンシールドが、架台の中心軸（Ａ）に対して基本的に平行に差し入れられ得、それによって、プラズマと側壁および／またはこれも下部側壁の一部であり得る底壁との間の見通し線接続を回避するために、スロットが、中心軸Ａから始まる半径方向を基準として、たとえば２５°〜４５°に傾斜され得る。

上部シールドとスクリーンシールドは単一の部分要素としてポット状に形成されて、架台の上に上下逆さまで取り付けられ得、それによって、（架台基礎、暗室シールド、第１の電圧源、下部側壁、・・・といった実際の構成に依存して）サービスのための簡単な取付け／取外しが、架台および接続されたシステムをたとえば１８０°回転させることにより、または開くこともしくはチャンバから持ち上げることが可能なサービス上蓋によって保証される。

さらなる実施形態では、架台とウェーハとの間の熱的接触が静電チャック（ＥＳＣ）によって改善され得、このことは、機械的クランプに加えて、または機械的クランプによる陰影妨害もしくは応力を回避する必要がある場合には単独で、予知され得る。

実際の発明のさらなる目的は、上記で開示されたようなプラズマエッチングデバイスを使用してたとえばウェーハといった半導体基板をプラズマエッチングするためのプロセスを提供することである。それによって、一例として、光透過性の、または発光特性を有する、たとえばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または酸化亜鉛のような透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）の層が、真空エッチングチャンバの中で基板からエッチングされ得る。基板／ウェーハの表面を構築するために、そのような層は、フォトレジストによって部分的にマスクされ得る。そのようなプロセスは、
− チャンバに真空を適用するステップと、
− 第２の電極シールドおよび架台を焼き戻すステップと、
− 架台に基板を置くステップと、
− 不活性ガスおよび少なくとも１つの還元ガスを含むガス混合物を導入することによってプロセス圧力を設定するステップと、
− 第１の電圧源から架台に電力を印加してエッチングバイアスを生成するステップと、
− 第２の電圧源からコイルに電力を印加して誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成するステップと、
− 反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって基板表面をエッチングするステップと、
− 温度測定デバイスによって測定された基板温度に依存して、架台に結合された加熱および冷却手段の加熱または冷却電力を調節することにより、基板温度を制御するステップとを含む。

還元ガスは、室温において揮発性の炭化水素（メタンであり得る）と水素とのうちの少なくとも１つを含んでよく、またはこれから成り得る。他の炭化水素は、エタン、プロパン、シクロプロパン、ブタン、のような他の揮発性のアルカンであり得るが、プラズマ重合を回避するために単一の炭素結合を有する小分子が望ましい。メタンが使用されるとき、ガス混合物において１０〜５０％の割合が調節され得る。水素が、単独で、またはたとえばメタンといった炭化水素とともに、ガス混合物における５〜３０％の割合で使用され得る。粒子放射が少ないという点で非常に効率的であることが立証されている一実施形態では、還元ガスは水素（Ｈ_２）およびメタン（ＣＨ_４）を含み、不活性ガスはアルゴン（Ａｒ）である。

エッチングされる基板表面は、加熱および冷却手段で架台を加熱すること、および放射加熱によって基板表面を加熱することのうちの少なくとも１つによって、３０〜２００℃のエッチング温度またはそれに近い温度まで加熱され得る。それによって、特に、続く表面のエッチングのときに、基板温度の制御は重要な役割を果たす。したがって、電気的温度測定デバイス（３７’）で測定された架台もしくはシールドの基準温度および／または基板の背面において光学測定デバイス（３７）で測定された基板の基準温度のうちの少なくとも１つに依存して架台の温度を少なくとも−４０〜２００℃の温度域に制御することによってエッチング温度を±１０℃の範囲内で一定に保つために、プロセス中に制御回路が使用され得る。この１つまたは複数の制御値は、例として加熱／冷却液の流れおよび温度、あるいは輻射ヒータの電力を調整するために、たとえば中央制御パネルによって第１の加熱／冷却器を制御するように使用され得る。これは、架台に供給される熱または架台から取り出される熱におけるかなりの変化を含み得ることが特筆される。たとえば、プロセスの始まりにおいて、架台から、ＩＴＯでコーティングされてフォトレジストでマスクされたウェーハであり得る基板に熱を伝達する必要がある。１００〜１２０℃のプロセス温度に到達した後にエッチングプロセスが始まり、それによって、使用されるエッチングエネルギーに依存して、基板の表面温度ならびに基板自体の温度が、加熱および冷却手段からの制御された温度流れの変化なしで急速に上昇する可能性がある。それによって、一例として、エッチングプロセスの始まりに、またはエッチングプロセス中の任意の時点において、冷却液が、加熱液と混合する可能性や、完全に加熱液に取って代わる可能性さえあり、混合は段階的または連続的に実行され得る。

架台または（電極）シールドのうちの１つの温度を制御するために使用されるような温度測定デバイスは、熱電対、サーミスタ、たとえば架台もしくはシールドの表面の抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、または基板表面、架台表面またはエッチングに暴露されたシールド表面用の、遠隔の、たとえば光学測定デバイスのうちの少なくとも１つを備え得る。それによって、そのような制御回路および測定デバイスは、主として基板の近くの架台または架台表面とともに予見されることになり、２つの温度または温度プロファイルの関数としてさらに厳しい温度制御を可能にするために、基板自体の遠隔の背面測定と組み合わされ得る。赤外線測定デバイスのような光学デバイスまたは高温計が、遠隔測定デバイスとして使用され得る。

ウェーハと架台の間の熱的接触を改善するために静電チャック（ＥＳＣ）が使用され得る。

焼戻しは、エッチング残留物から、たとえばエッチングされたＩＴＯの表面から、層が形成されるのを、表面のそのような残留物を揮発性物質と反応させることによって主として回避するために、上部シールドおよびスクリーンシールドである第３の電極シールドを３０〜１００℃の温度まで加熱することも含み得る。そのために、少なくとも上部シールドおよびスクリーンシールドの表面上の酸化した種の堆積を主として回避するために、たとえばメタン（ＣＨ_４）あるいは水素およびメタンといった少なくとも１つの還元ガスの分圧が設定され得る。特に、厚さが３〜６ｍｍの比較的厚いシールドを使用するとき、さらなる加熱および／または冷却手段を第３の電極のすべてのシールドに直接結合する必要はないが、頂壁と上部シールドの間の緊密な熱的接触に限定され得、それによって、たとえば装荷、予熱またはサービスステップ中に、焼戻しのために上部シールドからスクリーンシールドに適切な熱流を供給したり、エッチングプロセス中に冷却する必要がある場合には、スクリーンシールドから上部シールドへ適切な熱流を逃がしたりすることができる。

焼戻しは、下部シールドを−４０〜１００℃の温度まで加熱または冷却することも含み得る。これは、揮発性物質と反応させて送り出すことができなかった粒子を捕らえるために下部シールドをチャンバ内の他の表面よりも低温に保つこと、または第２の電極の下部シールドを他のシールドと同一の温度に保つことにより、第２の電極のシールド（下部シールド）および第３の電極のシールド（スクリーンシールドおよび上部シールド）用に同一のさらなる加熱および冷却デバイスの使用を可能にすることのいずれかによって、特定のプロセスの必要性やプロセスの簡潔性まで変化し得る。

経験則として、上記で論じられたような異なるエッチングプロセスの要求を満たすために真空チャンバの異なる部分に印加され得る温度範囲は、以下の表１に見られる。チャンバ内の、基板、架台および異なるシールドに対して列ΔＴ ｆｌｅｘに示されるような温度範囲を適用することができるチャンバを用いると最高の柔軟性が満たされ得るのに対して、列ΔＴ ｏｐｔは、ＴＣＯまたはＩＴＯでコーティングされたウェーハ（たとえばシリコンウェーハ）に対する通常のＲＩＥプロセスに関して、高いエッチング速度および少ない粒子放射という点で最善の結果が達成され得る温度範囲を示す。ΔＴ ｍｅｄは大きいプロセスの柔軟性と好結果の優れた組合せを示す。

それによって、第１の電圧源はＲＦ源であり、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、または３〜２７．０１ＭＨｚ、または１３．５６ＭＨｚの周波数で駆動され得る。それによって、０．３Ｗｃｍ^−２〜１．４Ｗｃｍ^−２、または０．６Ｗｃｍ^−２〜０．８Ｗｃｍ^−２の範囲の電力を印加するべきである。

ＩＣＰ源である第２の電圧源はＭＦ源であり、３００〜２，１００Ｈｚまたは３５０〜６００Ｈｚの周波数で駆動され得る。それによって、第２の電圧源によってコイルに６００〜１２００Ｗの電力を印加するべきであり、１ｅ^１０ｃｍ^−３〜５ｅ^１１ｃｍ^−３または３ｅ^１０ｃｍ^−３〜３ｅ^１１ｃｍ^−３の電子密度を与える。

ＩＴＯでコーティングされたウェーハに対してそのような独創的なプロセスを適用することにより、０．６〜１．２ｎｍ／ｓのＩＴＯエッチング速度が達成され得る。

さらに、前述のような一連の独創的なプロセスに関して、ペーストパラメータＰ｛ｆ_{ＰＲ＿ｃｏｖ}｝＝（生成されるウェーハの数）／（ペーストウェーハの数）で特徴づけられる、たとえば単一または複数のウェーハプロセスが開示され、ＰＲ＿ｃｏｖは、たとえばＩＴＯ層といったＴＣＯ層のフォトレジストでの表面被覆率であり、Ｐ｛ｆ_{ＰＲ＿ｃｏｖ}｝は、以下の表２に示されるように、Ｐ（ＰＲ＿Ｃｏｖ） ａｔ ｌｅａｓｔからＰ（ＰＲ＿Ｃｏｖ） ｏｐｔの範囲のうちの少なくとも１つの範囲内で選択され得、それによって、ＰＲ＿Ｃｏｖは、ＴＣＯでコーティングされたウェーハの異なる表面被覆率を指す。

それによって、あらゆる単一プロセスについて、フィルム付加物（ａｄｄｅｒ）における０．２μｍよりも大きい粒子のカウントが一貫して３０未満と測定され得、これは３００ｍｍのウェーハの総表面にあるサブミクロンの欠陥が３０未満であることを意味する。これは、現況技術のプロセスとしての現行の独創的なプロセスの高い能力が、プロセスダストを適切なレベルに維持するために、多くの場合、ペーストパラメータＰ｛ｆ_{ＰＲ＿ｃｏｖ}｝が１と１０の間にある必要があることをさらに示す。

さらに、前述のような一連の独創的なプロセスが開示され、これは、一連のプロセスの最初のプロセスの前、最中および後、ならびに一連のプロセスのうち２つの単一プロセスの間において、少なくともスクリーンシールドおよび上部シールドのシールド温度が常に高温に保たれるという点で特徴づけられ、たとえば、前述のようにフォトレジスト被覆率に強く依存するペーストプロセスの必要性に応じて、シールドがサービスのために交換されるまでに、２５〜５０、１００〜２００または２，０００〜１０，０００のＲＩＥプロセスがある。それによって、処理の前ならびに不働時間中に基本的に一定の熱調節が適用される。

実施例およびさらなる実施形態
次に、簡素化された概略図および実施例の助けを借りて本発明をさらに説明する。以下で説明されるような図では、同一の参照番号は同一の特徴または少なくとも同一の機能を有する特徴を指す。

本発明によるＩＣＰエッチング装置の一実施形態の図である。 独創的なＩＣＰエッチング装置のさらなる実施形態の図である。 現況技術のエッチングプロセスの粒子性能の図である。 独創的なエッチングプロセスの粒子性能の図である。

図１において単に概略的に示されている、本発明に従って変更されたＩＣＰ Ｅｔｃｈ Ｍｏｄｕｌｅ １を装備したＥｖａｔｅｃ ＡＧのＣｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＣＬＮ３００Ｅマルチチャンバシステム上で、ウェーハ素材のエッチングならびにたとえばＩＴＯといったＴＣＯでコーティングされたウェーハのエッチングが実行された。第２の電極１２および第３の電極１３の電極シールド（１２、１３、１３’、１３’’）によって閉じ込められたエッチング隔室３１において、ウェーハ２７が架台１１上に設置され、架台１１は、通常１３．５６ＭＨｚのＲＦ源８に接続されて第１の電極を構成し、エッチング隔室３１を下部の中央域に閉じ込める。架台は、ウェーハ２７のより優れた熱的結合のためにＥＳＣ １４を装備している。架台１１は、基板を焼き戻すかまたは冷却するための第１の加熱／冷却ライン１６’によって第１の加熱／冷却システム１６に接続された内部液体回路３５をさらに有する。ＩＲ温度測定システム３７’の窓が、光路による見通し線に配置され（熱電対３７’と基板２７の背面との間の点線を参照されたい）、またはウェーハの裏側の中央域までのガラス繊維光学部品によって配置され、背面温度に依存して冷却液の流れおよび温度を調節することが可能になる。この温度測定は、架台（または使用されている場合にはＥＳＣ）に接続された熱電対測定システム３７’と組み合わせて使用され、１つのスタンドアロンシステムよりも優れたプロセス制御をもたらす。

第２の電極１２と第３の電極１３は、どちらも接地電位に接続された対電極である。第２の電極のシールド１２は、ポンピング隔室３２からエッチング隔室３１を分離するために暗室距離を遵守して架台１２のまわりにループし、またスリットまたはグリッドでカバーされた開口のように少なくとも１つのそれぞれの開口を有して、ポンプ弁６と、高真空ポンプ５と、バッキングポンプ（図示せず）に通じる排気弁７とを備える真空ポンプシステム４に対する高度なポンピングコンダクタンスを可能にする。暗部シールド５５は、少なくとも架台の円筒状基体もＲＦ電位にある場合には、架台およびその円筒状基体の周囲を保護する。第３の電極１３からの上部シールド１３’およびスクリーンシールド１３’’は、最善の熱伝導係数のために一体型に作製され、ポット状であって、中央のガス入口３４が、第１のガス入口弁２２を備える第１のガス供給２０に接続されており、第１のガス貯蔵器は、アルゴンまたは別の不活性ガス用のサブ貯蔵器２１と、ここではメタンおよび水素である還元ガス用の２つのサブ貯蔵器２１’とを備える。シールド１３’は、さらなる（第２の）加熱／冷却ラインによってさらなる（第２の）加熱／冷却デバイスに接続されたさらなる内部液体回路３６を備える頂壁１９に対して緊密に熱的接触して取り付けられている。加えて、第２の電極のシールド１２は、さらなる加熱／冷却デバイス１７または分離した加熱／冷却デバイス２９に接続され得る補助的な（第３の）加熱／冷却ライン２９’（破線で示されている）によって冷却され得る。

真空チャンバ２は、底壁３０、頂壁１９、および側壁１８、１８’によって閉じ込められ、エッチング隔室３１およびポンピング隔室３２を収容する。底壁３０は、架台の基礎３３用のフィードスルー４６を備え、架台１１用のそれぞれの電気的フィードスルー、冷却液およびガスのフィードスルーも予見される。頂壁１９は、前述のさらなる内部液体回路３６用の接続および中央ガス入口３４用のフィードスルーを備える。底壁３０および下部側壁１８’は金属囲壁を形成することができ、下部シールド１２および基礎３３の外周とともにポンピング隔室３２を形成する。エッチング隔室３１の下にポンピング隔室を有する本実施形態の側壁は、通常のステンレス鋼材または真空機器用のアルミニウムから作製されてポンピング隔室を囲んでいる下部側壁１８’と、コイル９から、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）が点火されるエッチング隔室３１への誘導結合を可能にするために、酸化アルミニウムセラミックスで作製されて、中心軸Ａおよびエッチング隔室３１のまわりにループする上部側壁１８とを備える。コイル９は上部側壁のまわりにループし、第１の終端９’がＭＦ源１０に接続されており、第２の終端９’’が接地に接続されている。プロセスパラメータセットに依存してポンピング速度を制御するために、下部側壁１８’には真空計２６が取り付けられている。

ウェーハ２７は、破線で示されている基板ハンドリング開口２８を通って「静的」架台１１に送り込んだり取り出したりされ得、これは、装荷や取出しの動作の前に、架台が垂直方向に移動されないことを意味する。装荷や除荷のために、基板２７を受け取ったり、ハンドラからのフィンガが架台から基板を持ち上げたりすることを可能にするように、可動ピン５４（垂直の両方向矢印を参照されたい）が使用される。プロセス中に、ピン５４は架台１１、１１’の表面に引っ込んでいる（図示せず）。さらなる特徴として、機械的クランプの代わりにＥＳＣが使用される限り、真空状態下の基板２７の加熱または冷却を改善するために、たとえばＡｒまたはＮｅといったバックガスの貯蔵器２４およびバックガス入口弁２５を備えるバックガス供給２３が、架台１１またはＥＳＣの表面に高い流れ抵抗を有するチャネル構造３９に対する少なくとも１つのフィードスルーを伴って予見され得る。チャネル構造３９はたとえば不規則網状またはラビリンス状であり、それによって、中央のフィードスルーから通じてよく、または特に２５ｍｍ以上の直径を有するウェーハでは、いくつかのフィードスルーから架台またはＥＳＣ １４の外周およびすべての領域まで通じてよい。プロセス圧力を基準として、機械的クランプまたはＥＳＣ １４によって生成された接触圧力のために、より高いバックガス圧力が、エッチング隔室３１への漏れの乱れなしで、ウェーハ２７のコーティングされていない裏面に印加され得る。

たとえば、少なくとも１つのプレート形基板用のプラズマエッチングデバイスといった、静的チャックを有するプラズマ処理デバイス１を参照すると、独創的なデバイスのそのような一実施形態は、
・ポンピングポートを備えて中心軸Ａのまわりでループする側壁１８、１８’を有する真空チャンバ２
・前記中心軸Ａのまわりで前記側壁１８の一部分に沿ってループする、前記真空チャンバの内部のスクリーン１３’’
・プレート形基板２７を、その２次元に広がる面のうちの１つにおいて、前記中心軸Ａに対して垂直な支持面Ｅに沿って支持するように適合されている静止した基板支持体１１であって、前記スクリーン１３’’の内部に露出した架台である静止した基板支持体１１
・前記中心軸Ａに対して垂直であり交差する開口の中心軸を有する、前記側壁１８の少なくとも１つの基板ハンドリング開口２８
・前記スクリーン１３’’における少なくとも１つの基板ハンドリング切抜き２８’であって、前記基板ハンドリング開口２８とともに、これらを通して、プレート形基板の、前記基板支持体１１との間の往復のハンドリングを可能にするように、互いに整列されかつ調整される、少なくとも１つの基板ハンドリング切抜き２８’
・前記基板ハンドリング切抜き２８’を推進力で解放したり覆ったりする、推進力で移動可能なスクリーンシャッタ（図示せず）であって、前記スクリーンが導電性の表面を有し、前記スクリーンシャッタの導電性のシャッタ表面が、少なくとも前記切抜きが前記スクリーンシャッタによって覆われているときには前記スクリーンの前記導電性の表面と電気的に接触しており、前記静止した基板支持体１１が備える、プレート形基板用の導電性の支持表面が、前記チャンバのＲＦバイアス電源のコネクタに対して電気的に接続されており、ここにおいて、前記スクリーン１３’’が、前記側壁によって、前記チャンバ２のシステム接地コネクタ５２に電気的に接続されており、前記スクリーン１３’’がさらに備える金属の下部シールドが、第２の電極１２を形成し、前記中心軸Ａのまわりでループして、前記スクリーンを補完し、前記スクリーン１３’’の下部のリムが、前記下部シールドならびに前記側壁１８’と電気的に接触しており、前記下部シールドが、前記システム接地コネクタに対してしっかりと電気的に接続されていることをさらなる例外として、前記真空チャンバの他の部分から電気的に絶縁されている、推進力で移動可能なスクリーンシャッタ、といった特徴を含み得る。

リフトピンで動作する静的チャックを備えるプラズマエッチングデバイスのさらなる実施形態および実施例に関連して、全体が参照によってここに組み込まれるＷＯ２０１７／２１５８０６が参照される。

図２に示されるＩＣＰエッチング装置１のさらなる実施形態が備える「動的」チャック１１’は、分割された表現の左側に示されるようなウェーハエッチングのための処理位置から右側に示されるような装荷位置へと低下され得（垂直の下向き矢印）、逆の場合も同じである（垂直の上向き矢印）。それによって、基板ハンドリング開口２８と、ここでは上下方向（垂直の両方向矢印）に移動可能なロードロックであるゲート３８とが、図１に示された実施形態と同様に上部壁１８とスクリーンシールド１３’’の両方を通過する必要のあるゲート２８によってエッチング隔室の対称性を乱す必要性なく、エッチング隔室３１の底部／下部のレベルより下に配置され得る。図１と同様に、基板／ウェーハは、たとえばＣＬＮ３００Ｅのようなマルチチャンバシステムの中央のチャンバ（図示せず）に設置されたハンドリングシステムによって水平面において移動され得（水平の両方向矢印）、このチャンバに出入りする。

さらに、図２には、ＭＦ源１０を直流（ＤＣ）電源４１と組み合わせることによってプラズマの密度に影響を及ぼすためのコイル９用の電源の変形形態が示されており、これは、たとえばパルスＤＣ電源といった変調されたＤＣ電源であり得る。使用において、直流が、ＭＦ信号とともに、接合点４４とＭＦ源の間の第１のキャパシタおよび接合４４と接地の間の第２のキャパシタの２つの静電容量を備えるアダプタ回路網４３によって、誘導コイル９に供給される。アダプタ回路網４３は、架台の領域上にＭＦ源１０の本来の抵抗および誘導コイル９のインピーダンスならびにエッチング隔室３１および／またはそこに生成されるＩＣＰを適合させるように働き、したがって、均一なイオンエッチング分布とともに中間の電力周波数の非常に効果的な結合を可能にする。ＤＣ電源は、たとえば並列接続されたコイルおよびキャパシタを備え得る低域通過フィルタ４２を介して接合点４４に接続され得る。望ましくは、高周波電流が阻止されたまま直流が誘導コイル２に到達することができ、そのため、高周波電流は直流電源４１に到達することができない。

架台１１およびウェーハの少し上に、プラズマ診断の測定用に使用されるようなラングミュアプローブ４０が設置され得、それによって、プローブチップは、架台１１の突き出た周囲の外側の周辺ゾーンからプラズマ円の軸Ａの中心まで、水平の両方向矢印によって表示されるように柔軟に配置され得る。もちろん、測定機器の表面上に形成されたダストによる生成中のウェーハ面のいかなる汚染も回避するために、そのような測定はテストサイクルを用いてのみ行われた。

移動可能な動的架台を有するプラズマエッチングデバイス１を参照して、そのようなデバイスは真空チャンバ２を備えてよく、前記真空チャンバの内部には、
・中心軸Ａを有するエッチング隔室３１であって、前記エッチング隔室３１の内部空間ＩＥを囲む囲壁１８、およびエッチングデバイスのエッチング機器（たとえば架台１１’）を備えるエッチング隔室３１と、
・下部側壁１８’および底壁３０を備える金属囲壁、ならびに前記底壁３０におけるフィードスルー４６を有するポンピング隔室３２と、
・金属隔壁１２’として形成され、前記中心軸Ａまで渡って前記ポンピング隔室３２から前記エッチング隔室３１を分離する第２の電極シールドと、
・前記金属隔壁１２’の、またはこれに沿った少なくとも１つのポンピングスリット４４であって、前記中心軸Ａのまわりでループし、ＩＣＰが形成される前記エッチング隔室３１の内部空間と前記ポンピング隔室３２の内部空間ＩＰとの間のポンピング流れ連絡を確立する少なくとも１つのポンピングスリット４４と、
・前記ポンピング隔室３２の前記金属囲壁におけるポンピングポート４５と、
・これも架台１１’である基板支持体１１’であって、前記中心軸Ａを中心とし、前記エッチング隔室３１の前記内部空間ＩＥに暴露された基板を支持するように適合されて、電気的に絶縁されたやり方で前記真空チャンバ２に取り付けられており、前記中心軸Ａに沿って、推進力で、エッチング位置に上昇および前記エッチング位置から離れて下降して移動可能であるＦ、基板支持体１１’と、
・前記フィードスルー開口４６を通って前記架台１１’の方へ延在する金属の管状機構４７であって、前記架台１１’に対して機械的に結合された第１の部分４８、および前記ポンピング隔室３２の金属囲壁の前記底壁３０に対して機械的に結合された第２の部分４９を備える金属の管状機構において、前記第１の部分４８および第２の部分４９が、互いに対して前記中心軸Ａの方向に移動可能でありＦ、前記第２の部分４９が、前記フィードスルー開口４６のエッジに沿った、前記金属囲壁までの導電性接合部５０である、金属の管状機構４７と、
・前記金属の管状機構４７を通り、これに沿って前記架台１１’に接続されたＲＦ供給ライン５１と、
・前記ポンピング隔室３２の前記金属囲壁１８’、３０の外側の前記金属の管状機構４７の前記第２の部分４９の終端、または前記金属隔壁１２’の反対側の前記金属囲壁１８’、３０における、前記プラズマエッチングデバイス１用のシステム接地コネクタ５２と、
・少なくとも前記架台が前記エッチング位置にあるとき、前記ポンピング隔室３２の前記金属囲壁１８’から前記少なくとも１つのポンピングスリット４４を越えて前記金属隔壁１２’を通り、前記金属の管状部材４７の前記第１の部分４８までの電気接触を確立する、多数の分配された金属コネクタ５３とがある。それによって、前記金属の管状部材４７の第１の部分４８が架台のまわりに暗部シールド５５を形成する。

前記金属コネクタは、プレート形のコネクタを備えてよく、剛体または弾性体のうちの１つであってよい。

動的チャックを備えるプラズマエッチングデバイスのさらなる実施形態および実施例に関連して、全体が参照によってここに組み込まれるＷＯ２０１７／２０７１４４が参照される。

たとえば移動可能な金属の管状機構を静的架台とともに使用するような組合せといった、本発明の実施形態のうちのほんの１つに関して示されたかまたは論じられ、他の実施形態を用いてさらに論じられることはなかったすべての特徴は、技術者にとって明白に不便なものと直ちに認められ得るものでない限り、本発明の他の実施形態の性能の改善にもうまく適合する特徴であることが理解され得ることが特筆される。したがって、前述のものを別として、そのような特徴が明示的に言及されることなく本発明の一部分を形成する場合には、ある特定の実施形態の特徴のすべての組合せは他の実施形態と組み合わされ得る。

一般に、ＣＬＮ３００Ｅ機器におけるプロセスについては、０．１Ｐａの低圧または０．５Ｐａの高圧におけるプロセスガスとして酸化物または金属酸化物のエッチング用にアルゴンが使用された。したがって、中央ガス入口を通して約５ｓｃｃｍ（低圧）のアルゴン流れが設定された。しかしながら、ＩＴＯで全面（１００％）コーティングされた半導体に対して、Ａｒガスのみを使用する現況技術のエッチングプロセスが実行されたとき、図３に示されるように粒子性能は非常に劣るものであった。図３において、ウェーハ番号３２５に対する最初のスケジューリングされた粒子監視では、０．２μｍよりも大きいサイズを有する１７０の追加された粒子の数が測定され、そのサイズの追加された粒子は３０という内部仕様をはるかに超えていることが分かる。ほんの数回運転した後のウェーハ３３０の状況では、ウェーハ面上に４９７の粒子が追加され、状態がさらに悪化した。明らかに、主として再堆積されたＩＴＯ材料により、エッチング隔室の第３の電極１３のシールド１３’、１３’’から大きなフレーキングが生じていた。このウェーハ連続のエッチングは、ペーストウェーハを間に置かずに実行されたものである。

以下では、加熱および冷却手段を制御するために使用されるＩＲ測定デバイスの支援の下に、デバイスのプロセス制御ユニットによって、全プロセスを通じて基板表面温度を１００±１０℃に調節することができるように、エッチングを開始する前に、１００℃よりも若干高い温度を有する流体を用いてシールド１３、１３’および架台１１を焼き戻すことによってプロセスパラメータが変更されており、これによって、エッチングプロセスの始まりにおいてＲＦ源およびＭＦ源によって過度のプロセス熱が誘起されたときには、加熱／冷却システムが加熱から冷却に切り換えられた。加えて、Ａｒ流れの１０％のメタン部分がプロセスガスとともに使用された。それによって、粒子状態には、図４に示されるように非常に肯定的な影響があった。慎重に洗浄された真空チャンバから再び開始して、１０，０３４枚のウェーハをエッチング（１枚のウェーハごとに２５ｎｍの全面ＩＴＯ層をエッチング、合計で２５０μｍの除去されたＩＴＯを意味する）後に、粒子数は、「０．２μｍよりも大きい粒子の付加物は３０未満」という仕様の範囲内に十分にとどまった。このウェーハ連続のエッチングは、ペーストウェーハを間に置かずに実行されたものである。この改善は、架台および頂壁１９の内部流体回路３５および３６に供給するのに全く同一の加熱および冷却デバイス１６を使用することによって達成され得る。したがって第１の冷却手段１６’、３５および第２の冷却手段１７’、３６は第１の冷却デバイス１６によって供給され得、それによって第１の冷却デバイス１６は第２の冷却デバイス１７も置換する。

しかしながら、ここでは詳細に論じられなかったさらなる実験が、シールド１３’および１３’’用の分離した加熱および冷却手段１６、１６’およびさらなる加熱手段を用いて実行された。それによって、エッチングプロセスをより高速にするために、基板温度がさらに高いレベルに引き上げられ得、また、シールド材料と再堆積されたＩＴＯ層またはアイランドとの間の異なるＣＥＴによるフレーキングを最小化するために、シールド温度が、一連のエッチングプロセスとその間の装荷時間および不働時間とにわたって、より一定したレベルに維持され得た。

補助的な冷却手段２９、２９’を適用して第２の電極の下部シールド１２を約−３０℃の低温トラップとして運転したとき、エッチングされたウェーハのフィルム付加物のカウントを最小化するというさらなるプラス効果が見られた。

したがって、ＩＴＯエッチングおよび粒子予防の簡素化された機構は、以下の基本的なステップによって理解され得る。
１） ＣＨ_４の−ＣＨ_３°ラジカルおよび−Ｈ°ラジカルへのプラズマ解離
２） ＩＴＯ表面の金属状態への還元
３） ＡｒイオンによるＩｎおよびＳｎのスパッタ
４） トリメチルインジウムまたはテトラメチルスズのような揮発性有機金属生成物の形成。後者の反応も、主としてＩＴＯのアイランドまたは層の再堆積を回避するために、プラズマに暴露されたシールドの熱面において触媒現象的に加速されて誘起され得る。

容易に理解され得るように、「イオンエッチング」のステップ３）と「反応性エッチング」のステップ４）は競合する。しかしながら、イオンエッチングなしでは、プロセスが遅々として進まないことになる。また、ラジカルのみによるエッチングプロセスでは、この場合はフォトレジストであるエッチングマスクの下の垂直のエッチングプロファイルがもたらされないはずである。他方では、反応性エッチングはより低密度の材料を特に攻撃し、特に粒子を形成しがちである。ラジカルによる反応性エッチングプロセスは、チャンバ壁でも起こる。低い粒子レベルを達成するために、プロセスパラメータは、チャンバ壁上の最低の堆積を達成するようなやり方で調節される。

ある程度の回数（ウェーハカウント）のＩＴＯエッチングプロセスの後の、「ペースト」として知られている、アルミニウムまたはチタンのようなペースト材料をスパッタすることによるエッチング隔室の調節も、粒子付加物を減少させるために使用され得る。これは、特に表面上にポリマーを含む基板に対するエッチングプロセスのための一般的なやり方である。そのような試験は、エッチングプロセスがＡｒガスを用いて実行された直後に行われた。それによって、粒子数は、付加物（ここには示されていない）の指定レベルの３０よりも減少され得る。たとえばウェーハの周囲を囲むアルミニウムまたはチタンのリングのような材料で作製されるかまたはコーティングされ、シールド上に再堆積された架台の部分からペースト材料がエッチングされ得るとき、ＩＴＯエッチングプロセス中にｉｎ ｓｉｔｕペーストを使用することによってペーストプロセスも適用され得る。あるいは、ペースト材料から作製された／ペースト材料でコーティングされた、ペーストディスクまたはペーストウェーハをエッチングすることにより、一定数のエッチングプロセス（ウェーハカウント）の間にペーストが実行され得る。ペーストプロセスを用いると、一例として、Ａｒのみを用いた以前のエッチングプロセスと同一のパラメータが適用され得、それによってシールド１２、１３のキット寿命が延長され得る。同時に、ペーストパラメータＰ｛ｆ_{ＰＲ＿ｃｏｖ}｝＝（生成されるウェーハの数）／（ペーストウェーハの数）が、たとえば２５〜１，０００倍とはるかに大きく選択され得、独創的なプロセスを適用したとき、現況技術と比較して、概してかなり高い生産性およびより少ない棄却率をもたらす。

ＩＴＯのエッチング速度が温度によって高まるので、架台は室温よりも高く１００℃までの温度に維持されるべきである。この目的のために、ウェーハ温度を架台温度に近く保つためにＥＳＣも使用され得、このことは前述のようなバックガスの適用によってさらに改善され得る。より厚いＩＴＯの層を除去する必要があり、温度限界が１２０℃のフォトレジストマスクを有する基板が使用される場合、ウェーハおよび架台を強く冷却しなければならないことがある。シールドの温度サイクルを回避することによって、層形成を回避するために焼き戻された第３の電極のシールドおよび／または揮発性粒子およびダストを捕らえるために冷却された第２の電極のシールドとの間の材料のＣＴＥの不整合に基づく粒子生成を防止するために、シールド温度が−４０〜＋１５０℃の温度にさらに調節され得る。

さらに、以下の特徴およびプロセスパラメータが、単独で、または組み合わせて、高いエッチング速度と組み合わせて低粒子プラズマエッチングプロセスを促進すると考えられる。
ａ） 米国特許第６８１４８３８号に説明されているように、電子密度が３ｅ^＋１０ｃｍ^−３よりも高い、さらには１ｅ^＋１１ｃｍ^−３よりも高い、ＩＣＰプラズマのセットアップを使用する。それによって、低いプロセス圧力が使用され得る。基板架台に対して１３．５６ＭＨｚの高い周波数が印加される。あるいは、工業用の２ＭＨｚまたは２７．０１ＭＨｚのような周波数も印加される。ＭＦ源１０およびＨＦ源８の望ましい範囲については上記を参照されたい。
ｂ） Ｉｎ、ＳｎまたはＺｎから水素または炭化水素などの揮発性の反応生成物を形成することができる還元プロセスガスが、不活性ガスにおける留分として導入される。望ましいのはＡｒにおけるＣＨ_４であり、ＣＨ_４留分は、
・揮発性生成物への効果的な反応を可能にするための１０％以上から、
・最善のプラズマ重合によるＣＨ_４の堆積を防止するための５０％以下まで、とする。
ｃ） ＩＣＰドームの上部側壁１８における継続的な導電性フィルム堆積物の形成を回避するために、米国特許第６８１４８３８号には、差し入れられた金属のスクリーンシールド１３’’が説明されているが、３ｍｍ〜６ｍｍの基本的により厚いシールド厚さを用いると、上部シールド１３’からの熱伝導によってスクリーンシールド１３’’が積極的に冷却され得、しかも維持管理のために電極１３が容易に交換され得るので、望ましい解決策であると立証されている。たとえばシールドのサンドブラストによって生成された０．８μｍ≦Ｒａ≦１２．５μｍといった高い表面粗度またはたとえばアルミニウムのツインワイヤアークスプレー（ＴＷＡＳ）によって生成された５μｍ≦Ｒａ≦５０μｍといったさらに高い粗度も、エッチングされた層の付着を改善することができるが、半径方向を基準としてスロットを傾斜させると、セラミック壁１８に対するシールド効果をさらに改善することができる。
ｄ） 架台１１に対する温度制御は、厳格な温度制御のために、要注意の基板（埋め込まれた基板またはエッチングマスクとして使用され得る温度に敏感なフォトレジスト）を相当なエッチング速度で処理することも可能になる。
ｅ） ＩＣＰ隔室内部の高いポンピング速度に到達するために、一般的には、ポンピング隔室に、１２００ｌ／ｓのポンピング速度を有するターボ分子ポンプが設けられる。揮発性の反応生成物の高速ポンピングを可能にするために、下部シールド１２の内部の最適化されたポンピングスリット４４および／または下部シールド１２と架台１１、１１’もしくは管状の機構４７、４８との間のさらなるそれぞれのスリットにより、ＩＣＰ隔室内部の少なくとも２００ｌ／ｓ、またはより高い３００ｌ／ｓ超の効果的なポンピング速度が設定され得た。ポンプスリットは円形で１０〜１５ｍｍの幅を有し、それによってプラズマスピルアウトが回避され得、しかも優れたポンピング伝導率に到達することができた。使用したエッチング隔室の体積は約３０Ｌ（ｄ＝４８０ｍｍ、ｈ＝１６０ｍｍ）であった。
ｆ） シールド１２、１３は、アルミニウムもしくはチタン、または両金属の組合せで作製するべきである。Ａｌは焼戻しの印加（加熱および冷却）を分散させるためのより優れた熱伝導率をもたらすが、チタンには低熱膨張という利点があり、ＴＣＯまたはＩＴＯの残留物がシールドによりよく付着するという効果がある。ＴＣＯ／ＩＴＯの揮発性の反応生成物への完全な変換はありそうもないので、チャンバには常にＴＣＯ／ＩＴＯ堆積の領域が残るはずであり、大概基板の近くに残り易い。結果として、架台１１に近い下部シールド１２はチタンで作製するべきであり、一方、第２の電極１３、１３’、１３’’のより遠いシールドは、焼き戻された表面をより容易にもたらすためにアルミニウムで作製するべきである。
ｇ） 各ＲＩＥステップの後の、不活性ガス（Ａｒ）のみを用いる５〜３０秒のフラッシュステップは、揮発性の反応生成物を除去するのを支援する。
ｈ） ＣＨ_４／Ａｒ混合物に５〜３０％の範囲の水素を追加すると、ダスト形成をさらに低減する。
ｉ） チャンバ壁をリセットするためのペーストプロシージャの適用は、基板上のポリマーの留分に強く依存し、ＴＣＯまたはＩＴＯを、８０％のフォトレジストで１μｍエッチングした後、または５０％のフォトレジストで５μｍエッチングした後、さらにはフォトレジストなしでＴＣＯ／ＩＴＯを２５０μｍエッチングした後にも、ペーストプロシージャの適用が必要になり得る。このペーストプロシージャは、Ａｒガスのみを使用する、ゲッタ材料で作製されたかまたはコーティングされた基板からのスパッタステップを含む。実際には、エッチングされるウェーハ表面はＩＴＯのみではないので、前述のペーストの頻度は、ほとんどフォトレジストでカバーされた表面に対する２５枚の製品ウェーハごとに１回のペーストから、表面上のＩＴＯの高度の留分を用いる１０，０００枚の製品ウェーハごとに１回のペーストまで大幅に変化し得る。
ｊ） あるいは、架台自体が、ゲッタとして役立つ純金属（ＴｉまたはＡｌなど）でコーティングされているかまたは作製されている場合には、米国特許第９７１９１７７号で説明されているものに類似のｉｎ ｓｉｔｕペーストの実装形態が使用され得る。この実施形態では、架台の上部表面に含まれ得る周囲領域がウェーハまたはウェーハの周囲の保護リングから半径方向に外へ延在しており、この周囲領域にはいかなる暗部シールド５５による保護もなく、したがってスパッタ操作中はプラズマスパッタに対して無防備である。この実施形態では、エッチングチャンバは、プラズマおよび架台に接続されたＲＦバイアスが活動状態の場合すなわちウェーハ用のスパッタ操作中は常に、架台自体からチタンまたは他のゲッタ材料をスパッタすることによって連続的に調整される。

１ プラズマエッチングデバイス
２ 真空チャンバ
３ 基板ハンドリング開口
４ 真空ポンプシステム
５ 真空ポンプ
６ ポンプ弁
７ ポンプ排気弁
８ 第１のＲＦ源
９ コイル
９’ コイルの第１の終端
９’’ コイルの第２の終端
１０ 第２のＭＦ源
１１ 第１の電極、架台、チャック、基板支持体（静的）
１１’ 第１の電極、架台、チャック、基板支持体（動的）
１２ 第２の電極（シールド）
１３ 第３の電極
１３’ 第３の電極の上部（電極）シールド
１３’’ 第３の電極のスクリーン（電極）シールド
１４ 静電チャック（ＥＳＣ）
１６、１６’、１７、１７’、２９、２９’、３５、３６ 加熱および冷却手段
１６ 第１の加熱／冷却デバイス
１６’ 第１の加熱／冷却ライン
１７ 加熱／冷却デバイス、第３の電極
１７’ 第３の加熱／冷却ライン
１８ 上部側壁
１８’ 下部側壁
１９ 頂壁
２０ 第１のガス供給
２１ 第１のガス貯蔵器
２２ 第１のガス入口弁
２３ バック（第２の）ガス供給
２４ バック（第２の）ガス貯蔵器
２５ バック（第２の）ガス入口（弁）
２６ 真空計
２７ 基板
２８ 基板ハンドリング開口
２８’ 基板ハンドリング切抜き
２９ 第３の加熱／冷却デバイス、第２の電極
２９’ 第３の加熱／冷却ライン
３０ 底壁
３１ エッチング隔室
３２ ポンピング隔室
３３ 架台基礎
３４ 中央ガス入口
３５ 液体回路
３６ さらなる液体回路
３７、３７’ 温度測定システム
３８ ゲート（たとえばロードロック）
３９ バックガス用のチャネル
４０ ラングミュアプローブ
４１ ＤＣ電源（パルス状または連続）
４２ ＬＣ回路網（フィルタ）
４３ アダプタ回路網
４４ ポンピングスリット
４５ ポンピングポート
４６ フィードスルー開口
４７ 金属の管状機構
４８ 第１の部分
４９ 第２の部分
５０ 導電性接合部
５１ ＲＦ供給ライン
５２ システム接地コネクタ
５３ 金属コネクタ
５４ ピン
５５ 暗部シールド

Claims (39)

1. プラズマエッチングデバイスであって、
   中心軸（Ａ）のまわりでループする側壁（１８、１８’）を有する、少なくとも１つのプレート形基板用の真空チャンバ（２）を備え、前記真空チャンバ（２）が、
   − 基板ハンドリング開口（２８）と、
   − 還元ガスおよび不活性ガス用の少なくとも１つの入口（３４）と、
   − 前記チャンバ（２）のエッチング隔室（３１）の中央の下部領域における基板支持体として形成された架台（１１、１１’）であって、前記架台（１１）が、電気的に絶縁されたやり方で前記チャンバ（２）に取り付けられ、第１の電圧源（８）の第１の極に接続され、それにより第１の電極（１１、１１’）を形成し、第１の加熱および冷却手段（１６、１６’、３５）を包含する架台（１１、１１’）と、
   − 電気的に接地に接続され、前記第１の電極（１１、１１’）を囲む第２の電極（１２、１２’）と、
   − 両シールドが互いに熱的かつ電気的に接続されている少なくとも１つの上部シールド（１３’）およびスクリーンシールド（１３’’）を備える、電気的に接地に接続された第３の電極（１３）であって、それによって、前記スクリーンシールド（１３’’）が前記エッチング隔室（３１）のまわりでループし、
   − それによって、前記上部シールド（１３’）および前記スクリーンシールド（１３’’）のうちの少なくとも１つが少なくとも１つのさらなる加熱および／または冷却手段（１７、１７’、３６）を備える、第３の電極（１３）とを含み、
   前記デバイス（１）がさらに、真空ポンプシステム（４）と、前記エッチング隔室（３１）の側壁を画定する少なくとも上部側壁（１８）のまわりでループする、誘導コイル（９）とをさらに備え、それによって、前記コイル（９）の１つの第１の終端（９’）が第２の電圧源（１０）の第１の極に接続されており、前記コイルの１つの第２の終端（９’’）が接地に接続されている、プラズマエッチングデバイス。
2. 前記制御手段が、温度測定デバイスによって測定された基板温度に依存して加熱電力および／または冷却電力を設定するための制御回路を備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第２の電極の表面を構成する下部シールド（１２）が、さらなる加熱および／または冷却手段（１７、１７’、３６）に接続されているか、または補助的な加熱および／または冷却手段（２９、２９’）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記第１の加熱手段（１６、１６’、３５）、さらなる加熱手段（１７、１７’、３６）、および補助的な加熱手段（２９、２９’）のうちの少なくとも１つが、電気抵抗加熱デバイス、放射加熱デバイス、または加熱液を含む少なくとも１つの加熱回路を備え、前記第１の冷却手段、さらなる冷却手段、および補助的な冷却手段のうちの少なくとも１つが、冷却液を包含する少なくとも１つの冷却回路を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記第１の加熱手段（１６、１６’）、さらなる加熱手段（１７、１７’、３６）、および補助的な加熱手段（２９、２９’）のうちの少なくとも１つが、異なる温度の２つの流体貯蔵器に取入れ口が接続されている流体回路と、加熱／冷却温度を設定するための混合ユニットとを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 加熱および冷却回路（１６’、３５）ならびに加熱および／または冷却回路（１７’、３６、２９’）のうちの少なくとも１つが、前記架台（１１、１１’）および前記シールド（１２、１３、１３’、１３’’）のうちの少なくとも１つに直接取り付けられているかまたはその中にあることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
7. 少なくとも１つの加熱および／または冷却回路（１７’、２９’）が、それぞれの壁（１８’、１９）とそれぞれのシールド（１２、１３’、１３’’）との間の広い接触領域によって前記シールド（１２、１３’、１３’’）のうちの少なくとも１つを加熱するかまたは冷却するためにチャンバ壁の内部に取り付けられていることを特徴とする、請求項５または６に記載のデバイス。
8. 前記少なくとも１つの入口（３４）が還元ガス（２１’）の少なくとも１つの貯蔵器および不活性ガス（２１）の少なくとも１つの貯蔵器に接続されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記還元ガスが、水素、室温において揮発性の炭化水素ガスのうちの少なくとも１つを含み、前記不活性ガスが、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記スクリーンシールド（１３’’）が、たとえば前記架台（１１、１１’）の中心軸（Ａ）に対して平行に差し入れられていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記上部シールド（１３’）および前記スクリーンシールド（１３’’）が単一の部分要素（１３）として作製されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 少なくとも前記上部シールド（１３’）または前記上部シールド（１３’）および前記スクリーンシールド（１３’’）が３〜５ｍｍの厚さのアルミニウムで作製されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 前記架台（１１、１１’）が静電チャックＥＳＣ（１４）を備えることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記架台（１１、１１’）の表面が、バックガス入口（２５）への中央のフィードスルーを有する開放チャネル（３９）を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 上部側壁（１８）または下部側壁（１８’）において、開口の中心軸が前記中心軸Ａに対して垂直であり交差する少なくとも１つの基板ハンドリング開口（２８）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記架台（１１）が静的架台であり、少なくとも１つの基板ハンドリング切抜き（２８’）が、基板ハンドリング開口（２８）と互いに整列されてスクリーン（１３’’）に設けられていることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記架台が動的架台（１１’）であり、前記動的架台（１１’）が、前記架台を、ウェーハエッチングのための処理位置から装荷位置へと下方（Ｆ↓）へ下げ、逆方向（Ｆ↑）も同様に行うための手段（４７、４８、４９）を備えることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記手段が、前記架台（１１’）に対して機械的に結合されているフィードスルー開口（４６）を通って延在する金属の管状機構（４７、４８、４９）を備えることを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
19. 前記第２の電極（１２、１２’）の、またはこれに沿った少なくとも１つのポンピングスリット４４が、前記中心軸Ａのまわりでループして、前記エッチング隔室（３１）の内部空間ＩＥとポンピング隔室（３２）の内部空間ＩＰとの間のポンピング流れ連絡を確立し、少なくとも前記架台（１１’）がエッチング位置にあるとき、多数の分配された金属コネクタ（５３）が、前記ポンピング隔室（３２）の前記金属囲壁（１８’）から、前記少なくとも１つのポンピングスリット（４４）を越えて、前記第２の電極（１２’）を介して金属の管状部材（４７）の第１の部分（４８）に対する電気接触を確立するように配置されることを特徴とする、請求項１８に記載のデバイス。
20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載のプラズマエッチングデバイス（１）において半導体基板をプラズマエッチングするためのプロセスであって、それによって、
    − 前記真空チャンバ（２）に真空を適用するステップと、
    − 前記第２の電極シールド（１３、１３’、１３’’）および前記架台（１１）を焼き戻すステップと、
    − 前記架台（１１）上に基板（２７）を置くステップと、
    − 不活性ガスおよび少なくとも１つの還元ガスを含むガス混合物を導入することによってプロセス圧力を設定するステップと、
    − 前記第１の電圧源（８）から前記架台（１１）に電力を印加してエッチングバイアスを生成するステップと、
    − 前記第２の電圧源（１０）から前記コイル（９）に電力を印加して誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成するステップと、
    − 反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって基板表面をエッチングするステップと、
    − ＲＩＥ中に、少なくとも１つの温度測定デバイスによって測定された前記基板温度に依存して前記架台（１１、１１’）の加熱および冷却デバイス（１６）の加熱または冷却の電力を調節することにより、前記基板温度を制御するステップと、を含むプロセス。
21. 前記還元ガスが、室温において揮発性の炭化水素、および水素のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記炭化水素がメタンであることを特徴とする、請求項２１に記載のプロセス。
23. 前記ガス混合物において１０〜５０％のメタンの割合が使用されることを特徴とする、請求項２２に記載のプロセス。
24. 前記還元ガスがメタンと水素の混合物であるかまたはそれを含むことを特徴とする、請求項２０から２３のいずれか一項に記載のプロセス。
25. 前記ガス混合物において５〜３０％の水素の割合が使用されることを特徴とする、請求項２１または２３に記載のプロセス。
26. 焼戻しのステップが、加熱および冷却手段（１６、１６’、３５）を用いて前記架台を加熱するステップおよび放射加熱によって基板表面を加熱するステップのうちの少なくとも１つによって、少なくとも、エッチングされる前記基板表面を、３０〜２００℃のエッチング温度またはそれに近い温度まで加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項２０から２５のいずれか一項に記載のプロセス。
27. 前記基板温度を制御するステップが、電気的温度測定デバイス（３７’）で測定された架台もしくはシールドの基準温度および／または前記基板の背面において光学測定デバイス（３７）で測定された基板の基準温度のうちの少なくとも１つに依存して前記架台の温度を少なくとも−４０〜２００℃の温度域に制御することにより、前記温度を±１０℃の範囲内で一定に保つことを含むことを特徴とする、請求項２０から２６のいずれか一項に記載のプロセス。
28. 前記温度測定デバイス（３７’）が、熱電対、サーミスタ、架台もしくはシールドの表面の抵抗温度検出器（ＲＴＤ）および／または前記基板の裏側用の赤外線（ＩＲ）測定デバイスもしくは高温計測定デバイスのうちの１つを備えることを特徴とする、請求項２７に記載のプロセス。
29. 焼戻しのステップが前記第３の電極シールド（１３、１３’、１３’’）を３０〜１００℃の温度に加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項２０から２８のいずれか一項に記載のプロセス。
30. 焼戻しのステップが前記下部シールドを−４０〜１００℃の温度まで加熱または冷却するステップを含むことを特徴とする、請求項２０から２９のいずれか一項に記載のプロセス。
31. 前記第１の電圧源（８）がＲＦ源であり、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数で駆動されることを特徴とする、請求項２０から３０のいずれか一項に記載のプロセス。
32. 前記ＲＦ源（８）の電力が０．３Ｗｃｍ^−２〜１．４Ｗｃｍ^−２の範囲で前記架台（１１）に印加されることを特徴とする、請求項３１に記載のプロセス。
33. 前記第２の電圧源（１０）がＭＦ源であって３００〜２，１００Ｈｚの周波数で駆動されることを特徴とする、請求項２０から３２のいずれか一項に記載のプロセス。
34. 前記ＭＦ源（１０）の電力が前記チャンバ（２）に印加されて１ｅ^１０ｃｍ^−３〜５ｅ^１１ｃｍ^−３の電子密度を与えることを特徴とする、請求項３３に記載のプロセス。
35. ウェーハ（２７）と架台（１１）の間の熱的接触を改善するために静電チャック（ＥＳＣ）が使用されることを特徴とする、請求項２０から３４のいずれか一項に記載のプロセス。
36. ０．６〜１．２ｎｍ／ｓの範囲のＩＴＯエッチング速度が達成されることを特徴とする、請求項２０から３５のいずれか一項に記載のプロセス。
37. ＴＣＯ層のフォトレジストによる表面被覆率をＰＲ＿ｃｏｖとするとき、ウェーハプロセス用のペーストパラメータ
    Ｐ｛ｆ_{ＰＲ＿ｃｏｖ}｝＝（生成されるウェーハの数）／（ペーストウェーハの数）
    が、ＴＣＯでコーティングされたウェーハの異なる表面被覆率（ＰＲ＿ｃｏｖ）に関して、少なくとも
    ２５≦Ｐ（８０％）≦５０
    １００≦Ｐ（５０％）≦２００
    ２，０００≦Ｐ（０％）≦１０，０００
    といった範囲のうちの１つの範囲内に選択され得、それによって、あらゆる単一プロセスについて、０．２μｍよりも大きい粒子のフィルム付加物のカウントが３０未満に測定され得ることを特徴とする、請求項２０から３６のいずれか一項に記載の一連のプロセス。
38. 前記シールドがサービスのために交換されるまで、前記シールドの温度が、一連のプロセスの最初のプロセスの前、最中および後において一定の高温に保たれることを特徴とする、請求項３７に記載の一連のプロセス。
39. 請求項２０から３６のいずれか一項に記載のプラズマエッチングプロセスあるいは請求項３７または３８に記載の一連のプラズマエッチングプロセスのうちの１つを含む、１枚のウェーハまたは一連のウェーハを生成するためのプロセス。

Images