JP2022542271A - 誘導結合プラズマ処理システム - Google Patents
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Abstract
本発明に係る誘導結合プラズマ処理システムは、切り替えるスイッチによって高周波数電力を、高周波数コイルとファラデーシールドデバイスとの間の接続を切り替える。高周波数電源がマッチングネットワークによって高周波数コイルに接続されている場合、高周波数電力は高周波数コイルに結合されてプラズマ処理プロセスを実行する。高周波数電源がマッチングネットワークによってファラデーシールドデバイスに接続されている場合、高周波数電源はファラデーシールドデバイスに結合され、誘電体窓およびプラズマ処理反応チャンバーの内壁の洗浄プロセスを実行する。さらに、ファラデーシステムと誘電体窓が同じ部品であるため、高周波コイルの取り付けやメンテナンスが容易になり、プラズマ処理反応チャンバーの内壁、特に誘電体窓を効率的に洗浄できる。【選択図】図１
Description
本発明は、ファラデーシールドシステムの技術分野に関し、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理システムに関する。
現在、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＮｉＦｅおよびＡｕなどの不揮発性材料は、主にＩＣＰによってドライエッチングされている。ＩＣＰは通常、プラズマ処理チャンバーの外側に配置され、誘電体窓に隣接するコイルによって生成され、チャンバー内のプロセスガスが点火されてプラズマを形成する。しかしながら、プラズマコイルの異なる部分の間の電圧がプラズマに容量結合されることは避けられず、ある程度望ましくもない。このような結合は点火および安定化を促進するが、容量結合された部品は、プラズマシース全体に局所的に増強された電圧を誘導する可能性があり、結果として、プラズマからのイオンの放出が加速され、誘電体窓に局所的に影響を及ぼし、局所的なスパッタリング損傷を引き起こす可能性がある。その他の場合、容量結合は局所的な堆積を引き起こす可能性があり、スパッタされた粒子は、コイルの真下の領域に凝集する可能性がある。チップが処理する間、スパッタリングによって誘電体窓の表面コーティングが損傷され、粒子が脱落して製造されたチップに落下し、欠陥が発生する可能性がある。このような粒子を除去するためのチップレス洗浄においては、不均一な洗浄になることがあり、洗浄は主にコイルの真下で行われ、コイルから遠く離れた部分はわずかにしか洗浄されない。その結果、窓の洗浄が不均一になり、汚染物質が生成されてチップに欠陥が生じる可能性がある。不揮発性材料のドライエッチングプロセスにおいて、反応生成物の蒸気圧は低く、真空ポンプによって反応生成物をポンプして排出することは困難である。その結果、反応生成物は誘電体窓や他のプラズマ処理チャンバーの内壁に堆積する。粒子汚染が発生するだけでなく、プロセスは時間の経過とともにドリフトし、プロセスの再現性が低下する。このため、プラズマ処理チャンバーを洗浄する必要がある。しかしながら、実際の使用において、洗浄はプロセスの中断につながり、プラズマ処理装置の生産効率を低下させてしまう。
近年、第三世代メモリ、すなわち磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の継続的な発展および集積度の向上に伴い、金属ゲート材料（ＭｏやＴａなど）およびｈｉｇｈ－ｋゲート誘電体材料（Ａ１２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２など）など新しい不揮発性材料のドライエッチングの需要が増え続けている。不揮発性材料のドライエッチングにおいて発生する側壁堆積および粒子汚染を解決するとともに、プラズマ処理チャンバーでの洗浄プロセスの効率を向上させることは非常に必要である。
コイルの容量結合部分がより均一となるように制御するため、静電シールド部材を使用できる。プラズマ処理チャンバーにおいて、ファラデーシールドが使用されると、プラズマによるチャンバー材料の侵食を低減できるが、一部のプラズマは、ファラデーシールドユニット間の隙間を通って誘電体窓を汚染できる。ファラデーシールドを高周波コイルと誘電体窓の間に配置すれば、高周波電界によって誘発されるイオンによるチャンバーの壁への侵食を減らすことができる。このようなシールドは、接地またはフローティングにすることができる。ファラデーシールドが接地される場合、容量結合が減少するために高周波電界強度が低下し、プラズマ放電を引き起こすことが非常に困難になる。また、プラズマがフローティング設計である場合、プラズマの励起は過度に妨げられないが、プラズマによるチャンバーへの侵食を防ぐにはあまり効果的ではない。なお、ファラデーデバイスは高周波数コイルと誘電体窓の間に配置されているため、高周波コイルおよびファラデーデバイスの取り付けや絶縁が非常に複雑になり、その後のメンテナンスはさらに困難になる。
本発明は、従来技術における問題点に鑑みてなされ、局所的なスパッタリング損傷、窓洗浄の不均一、後のメンテナンスが困難で、プラズマ処理装置の生産効率を低下させることを解消可能なＩＣＰ処理システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係るＩＣＰ処理システムは、プラズマ反応チャンバーと、励起高周波数電源と、マッチングネットワークＡと、高周波数コイルと、誘電体窓と、バイアス高周波数電源と、マッチングネットワークＢと、電極と、基板と、ガス源と、ガス入口と、圧力制御弁と、真空ポンプと、３路スイッチと、を含み、
前記励起高周波数電源は、前記マッチングネットワークＡによって調整された後、さらに前記３路スイッチを介して前記誘電体窓の上方に配置される前記高周波数コイルに電力を供給し、
プラズマは、誘導結合を介して前記プラズマ反応チャンバー内において生成され、
前記バイアス高周波数電源は、前記マッチングネットワークＢを介して前記電極に電力を供給し、
前記基板は、前記電極上に配置され、
前記高周波数コイルは、２つ以上のサブコイルを含み、高周波数コイルは、１つの高周波数電源を有し、
前記ガス源は、前記ガス入口によって前記プラズマ反応チャンバーに接続され、
前記圧力制御弁および前記真空ポンプは、前記プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、前記プラズマ反応チャンバー内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。
前記励起高周波数電源は、前記マッチングネットワークＡによって調整された後、さらに前記３路スイッチを介して前記誘電体窓の上方に配置される前記高周波数コイルに電力を供給し、
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前記基板は、前記電極上に配置され、
前記高周波数コイルは、２つ以上のサブコイルを含み、高周波数コイルは、１つの高周波数電源を有し、
前記ガス源は、前記ガス入口によって前記プラズマ反応チャンバーに接続され、
前記圧力制御弁および前記真空ポンプは、前記プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、前記プラズマ反応チャンバー内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。
さらに、前記励起高周波数電源および前記バイアス高周波数電源は、いずれも特定の周波数に設定され、前記特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである。
さらに、前記誘電体窓の底部には、酸化イットリウムコーティング層がスプレーコーティングされており、前記酸化イットリウムコーティング層の厚さは、５０μｍ以上であり、前記酸化イットリウムコーティング上には、ファラデーシールドデバイスがスプレーコーティングされており、前記スプレーコーティングされた厚さは、５０μｍ以上であり、前記ファラデーシールドデバイスによりチャンバーが汚染されるのを防ぎ、前記誘電体窓および前記ファラデーシールドデバイスがエッチングプロセスによって損傷されるのを防ぐため、前記酸化イットリウムコーティング層のスプレーコーティング範囲は、前記ファラデーシールドデバイスの最大直径よりも大きく、前記誘電体窓は、酸化アルミニウムを焼結することによって作製され、前記誘電体窓の底部には、電気リードピンが焼結またはろう付けされ、前記電気リードピンには、電気リード線が接続され、前記電気リード線を介して前記３路スイッチに接続されている。
さらに、前記ファラデーシールドデバイスの材料は、炭化ケイ素または酸化亜鉛である。
さらに、前記電気リードピンおよび前記誘電体窓が一体に焼結される場合、前記電気リードピンの材料は、高い導電率を有する銅、銀、金またはパラジウムであり、前記電気リードピンおよび前記誘電体窓が一体にろう付けされる場合、前記電気リードピンの材料はコバールである。
さらに、プラズマ処理プロセスにおいて、
まず、基板をプラズマ反応チャンバー内に配置し、ガス源からプラズマ反応チャンバーへプラズマ処理プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁および真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチのオン位置を切り替え、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整されて、誘電体窓の上方に位置する高周波数コイルに電力を供給すること、
続いて、誘導結合によりプラズマ反応チャンバー内において、プラズマが生成され、基板に対してプラズマ処理を行うこと、
続いて、プラズマ処理プロセスが完了した後、励起高周波数電源からの高周波数電力の供給を停止させ、ガス源からのプラズマ処理プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含み、
洗浄プロセスが必要である場合、
基板をプラズマ反応チャンバー内に配置し、プラズマ反応チャンバーに洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御バルブおよび真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチのオン位置を切り替え、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整されて、誘電体窓と高周波数コイルとの間に配置されたファラデーシールドデバイスに電力を供給すること、
続いて、高周波数電力は、ファラデーシールドデバイスに結合され、プラズマ反応チャンバーおよび誘電体窓について洗浄を行うこと、
続いて、洗浄プロセスが完了した後、励起高周波電源からの高周波電力の供給を停止させ、ガス源からの洗浄プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含む。
まず、基板をプラズマ反応チャンバー内に配置し、ガス源からプラズマ反応チャンバーへプラズマ処理プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁および真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチのオン位置を切り替え、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整されて、誘電体窓の上方に位置する高周波数コイルに電力を供給すること、
続いて、誘導結合によりプラズマ反応チャンバー内において、プラズマが生成され、基板に対してプラズマ処理を行うこと、
続いて、プラズマ処理プロセスが完了した後、励起高周波数電源からの高周波数電力の供給を停止させ、ガス源からのプラズマ処理プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含み、
洗浄プロセスが必要である場合、
基板をプラズマ反応チャンバー内に配置し、プラズマ反応チャンバーに洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御バルブおよび真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチのオン位置を切り替え、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整されて、誘電体窓と高周波数コイルとの間に配置されたファラデーシールドデバイスに電力を供給すること、
続いて、高周波数電力は、ファラデーシールドデバイスに結合され、プラズマ反応チャンバーおよび誘電体窓について洗浄を行うこと、
続いて、洗浄プロセスが完了した後、励起高周波電源からの高周波電力の供給を停止させ、ガス源からの洗浄プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含む。
さらに、前記洗浄プロセスが必要である場合の誘導結合プラズマ処理システムにおける具体的な動作フローは、
まず、３路スイッチを切り替えることにより、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整され、電気リード線および電気リードピンを介してファラデーシールドデバイスに電力を供給すること、
続いて、ガス源は、ガス入口によってプラズマ反応チャンバーに接続され、プラズマ反応チャンバーに洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁および真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去すること、
を含む。
まず、３路スイッチを切り替えることにより、励起高周波数電源は、マッチングネットワークＡによって調整され、電気リード線および電気リードピンを介してファラデーシールドデバイスに電力を供給すること、
続いて、ガス源は、ガス入口によってプラズマ反応チャンバーに接続され、プラズマ反応チャンバーに洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁および真空ポンプによって、プラズマ反応チャンバーを１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去すること、
を含む。
さらに、前記ファラデーシールドデバイスは、１組の同じ形状の花弁形状部材によって構成され、隣接する２つの花弁形状部材の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有し、前記花弁形状部材は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布され、垂直軸に近い前記花弁形状部材の端部は、導電性部材に接続され、前記導電性部材は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成され、前記導電性部材は、電気リードピンにスプレーコーティングされており、２つの前記扇形導電性部材は、電気リードピンおよび電気リード線によって高周波数マッチングネットワークＡに並列に接続され、励高周波数電源との接続を実現する。
さらに、前記ファラデーシールドデバイスは、１組の同じ形状のブレード形状部材によって構成され、隣接する２つのブレード形状部材の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有し、前記ブレード形状部材は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布され、垂直軸に近い前記ブレード形状部材の端部は、導電性部材に接続され、前記導電性部材は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成され、前記導電性部材は、電気リードピンにスプレーコーティングされており、２つの前記扇形導電性部材は、電気リードピンおよび電気リード線によって高周波数マッチングネットワークＡに並列に接続され、励高周波数電源との接続を実現する。
さらに、ファラデーシールドデバイスの直径は、基板の直径の８０％より大きく、導電性部材の半径は、基板の半径の１０％以下であり、プラズマ処理プロセスにおいて、高周波数電力がマッチングネットワークＡを介して高周波数コイルに結合される場合、ファラデーシールドデバイスは、電気リードピンおよび電気リード線によって接地されてもよく、フローティングしてもよいため、プラズマによるチャンバーの内壁、特に誘電体窓への侵食を低減でき、プロセス終了後の洗浄時間を短縮でき、前記フローティングするとは、ファラデーシールドデバイスが接地されておらず、高周波数にも接続されていないことである。
上述の技術的解決手段によれば、先行技術と比較して、本発明は以下の有益な効果を奏する。
１．本発明に係るシステムでは、スイッチを使用して、高周波数コイルとファラデーシールドデバイスとの間の高周波数電力との接続を切り替える。高周波数電源がマッチングネットワークによって高周波数コイルに接続される場合、高周波数電力が高周波数コイルに結合されて、プラズマ処理プロセスを実行する。また、高周波電源がマッチングネットワークによってファラデーシールドデバイスに接続される場合、高周波電力がファラデーシールドデバイスに結合されて、誘電体窓およびプラズマ処理チャンバーの内壁の洗浄プロセスを実行する。
１．本発明に係るシステムでは、スイッチを使用して、高周波数コイルとファラデーシールドデバイスとの間の高周波数電力との接続を切り替える。高周波数電源がマッチングネットワークによって高周波数コイルに接続される場合、高周波数電力が高周波数コイルに結合されて、プラズマ処理プロセスを実行する。また、高周波電源がマッチングネットワークによってファラデーシールドデバイスに接続される場合、高周波電力がファラデーシールドデバイスに結合されて、誘電体窓およびプラズマ処理チャンバーの内壁の洗浄プロセスを実行する。
２．ファラデーシステムと誘電体窓が同じ部品であるため、高周波コイルの取り付けおよびメンテナンスが容易になり、プラズマ処理チャンバーの内壁、特に誘電体窓が効率的に洗浄される。
３．異なるプラズマ処理プロセスおよび／または洗浄プロセスの要件に基づいて、同じプラズマ処理プロセスまたは洗浄プロセスにおいて、マッチングデバイスを介した後、切り替え可能なスイッチを使用することにより高周波数電源を、高周波数コイルとファラデーシールドデバイスとの間で自由に切り替えることができため、プラズマ処理プロセスまたは洗浄プロセスの要件を満たせる。
４．洗浄プロセスにおいて、マッチングデバイスを介した後、まずは切り替え可能なスイッチによって高周波数電源をコイルに接続させ、プラズマの点火が安定した後、さらにスイッチを使用して高周波数電源を、マッチングデバイスを介してファラデーシールドデバイスに接続させてから洗浄プロセスを実行する。
５．構造設計がシンプルで、ファラデーシールドデバイスと誘電体窓が同じ部品になっているため、製造が比較的に簡単で、後からの取り付けやメンテナンスが簡単になり、省スペース化を実現するとともに、プラズマ処理チャンバーの内壁、特に誘電体窓を効率的に洗浄できる。
一体型の導電性リングと比較して、ラジアンおよびサイズが同じであり、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって導電性部材が形成されるため、導電性部材における電流の渦電流が低減され、高周波電力のファラデーシールドデバイスへの結合が向上され、ファラデーシールドデバイスによるプラズマ処理チャンバーの内壁、特に誘電体窓およびスプレーヘッダーの洗浄効率が向上される。
ファラデーシールドデバイスは、電気リードピンおよび電気リード線によって接地されてもよく、フローティングして接地も高周波数への接続もしなくてよいため、プラズマによるチャンバーの内壁、特に誘電体窓への侵食を低減でき、プロセス終了後の洗浄時間を短縮できる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る技術的解決手段について詳細に説明する。ファラデーシールドデバイス１６０については、以下に示すような２つの具体的な実施形態を提供するが、２つの構造に加えて、本発明はさらに、三角形、四辺形、弓形、三日月形などのシート構成要素によっても構成されうる。
＜実施形態１＞
図１に示すように、ＩＣＰ処理システムは、プラズマ反応チャンバー１０２と、励起高周波数電源１０４と、マッチングネットワークＡ１０６と、高周波数コイル１０８と、誘電体窓１１０と、バイアス高周波数電源１１４と、マッチングネットワークＢ１１６と、電極１１８と、基板１２０と、ガス源１３０と、ガス入口１４０と、圧力制御弁１４２と、真空ポンプ１４４と、３路スイッチ１５０と、を含む。励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整された後、さらに３路スイッチ１５０を介して誘電体窓１１０の上方に配置される高周波数コイル１０８に電力を供給する。プラズマ１１２は、誘導結合を介してプラズマ反応チャンバー１０２内において生成される。バイアス高周波数電源１１４は、マッチングネットワークＢ１１６を介して電極１１８に電力を供給する。基板１２０は、電極１１８上に配置される。高周波数コイル１０８は、２つ以上のサブコイルを含む。高周波数コイル１０８は、１つの高周波数電源を有する。ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続されている。圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４は、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。励起高周波数電源１０４およびバイアス高周波数電源１１４は、いずれも特定の周波数に設定される。特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである。
図１に示すように、ＩＣＰ処理システムは、プラズマ反応チャンバー１０２と、励起高周波数電源１０４と、マッチングネットワークＡ１０６と、高周波数コイル１０８と、誘電体窓１１０と、バイアス高周波数電源１１４と、マッチングネットワークＢ１１６と、電極１１８と、基板１２０と、ガス源１３０と、ガス入口１４０と、圧力制御弁１４２と、真空ポンプ１４４と、３路スイッチ１５０と、を含む。励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整された後、さらに３路スイッチ１５０を介して誘電体窓１１０の上方に配置される高周波数コイル１０８に電力を供給する。プラズマ１１２は、誘導結合を介してプラズマ反応チャンバー１０２内において生成される。バイアス高周波数電源１１４は、マッチングネットワークＢ１１６を介して電極１１８に電力を供給する。基板１２０は、電極１１８上に配置される。高周波数コイル１０８は、２つ以上のサブコイルを含む。高周波数コイル１０８は、１つの高周波数電源を有する。ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続されている。圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４は、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。励起高周波数電源１０４およびバイアス高周波数電源１１４は、いずれも特定の周波数に設定される。特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである。
図３および図４に示すように、誘電体窓１１０の底部には、酸化イットリウムコーティング層がスプレーコーティングされている。酸化イットリウムコーティング層の厚さは、５０μｍ以上である。また、酸化イットリウムコーティング上には、ファラデーシールドデバイス１６０がスプレーコーティングされている。スプレーコーティングされた厚さは、５０μｍ以上である。ファラデーシールドデバイス１６０によりチャンバーが汚染されるのを防ぎ、誘電体窓１１０およびファラデーシールドデバイス１６０がエッチングプロセスによって損傷されるのを防ぐため、酸化イットリウムコーティング層のスプレーコーティング範囲は、ファラデーシールドデバイス１６０の最大直径よりも大きい。誘電体窓１１０は、酸化アルミニウムを焼結することによって作製される。誘電体窓１１０の底部には、電気リードピン２１１が焼結またはろう付けされている。電気リードピン２１１には、電気リード線２１０が接続され、電気リード線２１０を介して３路スイッチ１５０に接続されている。ファラデーシールドデバイス１６０の材料は、炭化ケイ素または酸化亜鉛である。電気リードピン２１１および誘電体窓１１０が一体に焼結される場合、電気リードピン２１１の材料は、高い導電率を有する銅、銀、金またはパラジウムである。電気リードピン２１１および誘電体窓１１０が一体にろう付けされる場合、電気リードピン２１１の材料はコバールである。
図２に示すように、プラズマ処理プロセスにおいて、まず、基板１２０をプラズマ反応チャンバー１０２内に配置し、ガス源１３０からプラズマ反応チャンバー１０２へプラズマ処理プロセス反応ガスを導入する。続いて、圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持する。続いて、３路スイッチ１５０のオン位置を切り替え、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整（整合）されて、誘電体窓１１０の上方に位置する高周波数コイル１０８に電力を供給する。続いて、誘導結合によりプラズマ反応チャンバー内において、プラズマ１１２が生成され、基板１２０に対してプラズマ処理を行う。続いて、プラズマ処理プロセスが完了した後、励起高周波数電源１０４からの高周波数電力の供給を停止させ、ガス源１３０からのプラズマ処理プロセス反応ガスの供給を停止させる。続いて、洗浄プロセスが必要である場合、基板１２０をプラズマ反応チャンバー１０２内に配置し、プラズマ反応チャンバー１０２に洗浄プロセス反応ガスを導入する。圧力制御バルブ１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持する。続いて、３路スイッチ１５０のオン位置を切り替え、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整されて、誘電体窓１１０と高周波数コイル１０８との間に配置されたファラデーシールドデバイス１６０に電力を供給する。高周波数電力は、ファラデーシールドデバイス１６０に結合され、プラズマ反応チャンバーおよび誘電体窓について洗浄を行う。洗浄プロセスが完了した後、励起高周波電源１０４からの高周波電力の供給を停止させ、ガス源１３０からの洗浄プロセス反応ガスの供給を停止させる。洗浄プロセスが必要である場合のＩＣＰ処理システムにおける具体的な動作フローは次のとおりである。まず、３路スイッチ１５０を切り替えることにより、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整され、電気リード線２１０および電気リードピン２１１を介してファラデーシールドデバイス１６０に電力を供給する。続いて、ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続され、プラズマ反応チャンバー１０２に洗浄プロセス反応ガスを導入する。続いて、圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。
図５に示すように、ファラデーシールドデバイス１６０は、１組の同じ形状の花弁形状部材２１２によって構成され、隣接する２つの花弁形状部材２１２の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有する。花弁形状部材２１２は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布されている。垂直軸に近い花弁形状部材２１２の端部は、導電性部材２０４に接続されている。導電性部材２０４は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成される。導電性部材２０４は、電気リードピン２１１にスプレーコーティングされている。２つの扇形導電性部材は、電気リードピン２１１および電気リード線２１０によって高周波数マッチングネットワークＡ１０６に並列に接続され、励高周波数電源１０４との接続を実現する。
ファラデーシールドデバイス１６０の直径は、基板１２０の直径の８０％より大きい。導電性部材２０４の半径は、基板の半径の１０％以下である。プラズマ処理プロセスにおいて、高周波数電力がマッチングネットワークＡ１０６を介して高周波数コイル１０８に結合される場合、ファラデーシールドデバイス１６０は、電気リードピン２１１および電気リード線２１０によって接地されてもよく、フローティングしてもよいため、プラズマによるチャンバーの内壁、特に誘電体窓１１０への侵食を低減でき、プロセス終了後の洗浄時間を短縮できる。フローティングするとは、ファラデーシールドデバイス１６０が接地されておらず、高周波数にも接続されていないことである。
＜実施形態２＞
図１に示すように、ＩＣＰ処理システムは、プラズマ反応チャンバー１０２と、励起高周波数電源１０４と、マッチングネットワークＡ１０６と、高周波数コイル１０８と、誘電体窓１１０と、バイアス高周波数電源１１４と、マッチングネットワークＢ１１６と、電極１１８と、基板１２０と、ガス源１３０と、ガス入口１４０と、圧力制御弁１４２と、真空ポンプ１４４と、３路スイッチ１５０と、を含む。励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整された後、さらに３路スイッチ１５０を介して誘電体窓１１０の上方に配置される高周波数コイル１０８に電力を供給する。プラズマ１１２は、誘導結合を介してプラズマ反応チャンバー１０２内において生成される。バイアス高周波数電源１１４は、マッチングネットワークＢ１１６を介して電極１１８に電力を供給する。基板１２０は、電極１１８上に配置される。高周波数コイル１０８は、２つ以上のサブコイルを含む。高周波数コイル１０８は、１つの高周波数電源を有する。ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続されている。圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４は、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。励起高周波数電源１０４およびバイアス高周波数電源１１４は、いずれも特定の周波数に設定される。特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである。
図１に示すように、ＩＣＰ処理システムは、プラズマ反応チャンバー１０２と、励起高周波数電源１０４と、マッチングネットワークＡ１０６と、高周波数コイル１０８と、誘電体窓１１０と、バイアス高周波数電源１１４と、マッチングネットワークＢ１１６と、電極１１８と、基板１２０と、ガス源１３０と、ガス入口１４０と、圧力制御弁１４２と、真空ポンプ１４４と、３路スイッチ１５０と、を含む。励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整された後、さらに３路スイッチ１５０を介して誘電体窓１１０の上方に配置される高周波数コイル１０８に電力を供給する。プラズマ１１２は、誘導結合を介してプラズマ反応チャンバー１０２内において生成される。バイアス高周波数電源１１４は、マッチングネットワークＢ１１６を介して電極１１８に電力を供給する。基板１２０は、電極１１８上に配置される。高周波数コイル１０８は、２つ以上のサブコイルを含む。高周波数コイル１０８は、１つの高周波数電源を有する。ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続されている。圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４は、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。励起高周波数電源１０４およびバイアス高周波数電源１１４は、いずれも特定の周波数に設定される。特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである。
図３および図４に示すように、誘電体窓１１０の底部には、酸化イットリウムコーティング層がスプレーコーティングされている。酸化イットリウムコーティング層の厚さは、５０μｍ以上である。また、酸化イットリウムコーティング上には、ファラデーシールドデバイス１６０がスプレーコーティングされている。スプレーコーティングされた厚さは、５０μｍ以上である。ファラデーシールドデバイス１６０によりチャンバーが汚染されるのを防ぎ、誘電体窓１１０およびファラデーシールドデバイス１６０がエッチングプロセスによって損傷されるのを防ぐため、酸化イットリウムコーティング層のスプレーコーティング範囲は、ファラデーシールドデバイス１６０の最大直径よりも大きい。誘電体窓１１０は、酸化アルミニウムを焼結することによって作製される。誘電体窓１１０の底部には、電気リードピン２１１が焼結またはろう付けされている。電気リードピン２１１には、電気リード線２１０が接続され、電気リード線２１０を介して３路スイッチ１５０に接続されている。ファラデーシールドデバイス１６０の材料は、炭化ケイ素または酸化亜鉛である。電気リードピン２１１および誘電体窓１１０が一体に焼結される場合、電気リードピン２１１の材料は、高い導電率を有する銅、銀、金またはパラジウムである。電気リードピン２１１および誘電体窓１１０が一体にろう付けされる場合、電気リードピン２１１の材料はコバールである。
図２に示すように、プラズマ処理プロセスにおいて、まず、基板１２０をプラズマ反応チャンバー１０２内に配置し、ガス源１３０からプラズマ反応チャンバー１０２へプラズマ処理プロセス反応ガスを導入する。続いて、圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持する。続いて、３路スイッチ１５０のオン位置を切り替え、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整（整合）されて、誘電体窓１１０の上方に位置する高周波数コイル１０８に電力を供給する。続いて、誘導結合によりプラズマ反応チャンバー内において、プラズマ１１２が生成され、基板１２０に対してプラズマ処理を行う。続いて、プラズマ処理プロセスが完了した後、励起高周波数電源１０４からの高周波数電力の供給を停止させ、ガス源１３０からのプラズマ処理プロセス反応ガスの供給を停止させる。続いて、洗浄プロセスが必要である場合、基板１２０をプラズマ反応チャンバー１０２内に配置し、プラズマ反応チャンバー１０２に洗浄プロセス反応ガスを導入する。圧力制御バルブ１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持する。続いて、３路スイッチ１５０のオン位置を切り替え、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整されて、誘電体窓１１０と高周波数コイル１０８との間に配置されたファラデーシールドデバイス１６０に電力を供給する。高周波数電力は、ファラデーシールドデバイス１６０に結合され、プラズマ反応チャンバーおよび誘電体窓について洗浄を行う。洗浄プロセスが完了した後、励起高周波電源１０４からの高周波電力の供給を停止させ、ガス源１３０からの洗浄プロセス反応ガスの供給を停止させる。洗浄プロセスが必要である場合のＩＣＰ処理システムにおける具体的な動作フローは次のとおりである。まず、３路スイッチ１５０を切り替えることにより、励起高周波数電源１０４は、マッチングネットワークＡ１０６によって調整され、電気リード線２１０および電気リードピン２１１を介してファラデーシールドデバイス１６０に電力を供給する。続いて、ガス源１３０は、ガス入口１４０によってプラズマ反応チャンバー１０２に接続され、プラズマ反応チャンバー１０２に洗浄プロセス反応ガスを導入する。続いて、圧力制御弁１４２および真空ポンプ１４４によって、プラズマ反応チャンバー１０２を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー１０２内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する。
図６に示すように、ファラデーシールドデバイス１６０は、１組の同じ形状のブレード形状部材２０２によって構成され、隣接する２つのブレード形状部材２０２の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有する。ブレード形状部材２０２は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布されている。垂直軸に近いブレード形状部材２０２の端部は、導電性部材２０４に接続されている。導電性部材２０４は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成される。導電性部材２０４は、電気リードピン２１１にスプレーコーティングされている。２つの扇形導電性部材は、電気リードピン２１１および電気リード線２１０によって高周波数マッチングネットワークＡ１０６に並列に接続され、励高周波数電源１０４との接続を実現する。
ファラデーシールドデバイス１６０の直径は、基板１２０の直径の８０％より大きい。導電性部材２０４の半径は、基板の半径の１０％以下である。プラズマ処理プロセスにおいて、高周波数電力がマッチングネットワークＡ１０６を介して高周波数コイル１０８に結合される場合、ファラデーシールドデバイス１６０は、電気リードピン２１１および電気リード線２１０によって接地されてもよく、フローティングしてもよいため、プラズマによるチャンバーの内壁、特に誘電体窓１１０への侵食を低減でき、プロセス終了後の洗浄時間を短縮できる。フローティングするとは、ファラデーシールドデバイス１６０が接地されておらず、高周波数にも接続されていないことである。
１０２ プラズマ反応チャンバー、
１０４ 励起高周波数電源、
１０６ マッチングネットワークＡ、
１０８ 高周波数コイル、
１１０ 誘電体窓、
１１４ バイアス高周波数電源、
１１６ マッチングネットワークＢ、
１１８ 電極、
１２０ 基板、
１３０ ガス源、
１４０ ガス入口、
１４２ 圧力制御弁、
１４４ 真空ポンプ、
１５０ ３路スイッチ、
１６０ ファラデーシールドデバイス、
２０２ ブレードシート形状部品、
２０４ 導電性部材、
２１０ 電気リード線、
２１１ 電気リードピン、
２１２ 花弁形状部品。
１０４ 励起高周波数電源、
１０６ マッチングネットワークＡ、
１０８ 高周波数コイル、
１１０ 誘電体窓、
１１４ バイアス高周波数電源、
１１６ マッチングネットワークＢ、
１１８ 電極、
１２０ 基板、
１３０ ガス源、
１４０ ガス入口、
１４２ 圧力制御弁、
１４４ 真空ポンプ、
１５０ ３路スイッチ、
１６０ ファラデーシールドデバイス、
２０２ ブレードシート形状部品、
２０４ 導電性部材、
２１０ 電気リード線、
２１１ 電気リードピン、
２１２ 花弁形状部品。
Claims (10)
- プラズマ反応チャンバー（１０２）と、励起高周波数電源（１０４）と、マッチングネットワークＡ（１０６）と、高周波数コイル（１０８）と、誘電体窓（１１０）と、バイアス高周波数電源（１１４）と、マッチングネットワークＢ（１１６）と、電極（１１８）と、基板（１２０）と、ガス源（１３０）と、ガス入口（１４０）と、圧力制御弁（１４２）と、真空ポンプ（１４４）と、３路スイッチ（１５０）と、を含み、
前記励起高周波数電源（１０４）は、前記マッチングネットワークＡ（１０６）によって調整された後、さらに前記３路スイッチ（１５０）を介して前記誘電体窓（１１０）の上方に配置される前記高周波数コイル（１０８）に電力を供給し、
プラズマ（１１２）は、誘導結合を介して前記プラズマ反応チャンバー（１０２）内において生成され、
前記バイアス高周波数電源（１１４）は、前記マッチングネットワークＢ（１１６）を介して前記電極（１１８）に電力を供給し、
前記基板（１２０）は、前記電極（１１８）上に配置され、
前記高周波数コイル（１０８）は、２つ以上のサブコイルを含み、高周波数コイル（１０８）は、１つの高周波数電源を有し、
前記ガス源（１３０）は、前記ガス入口（１４０）によって前記プラズマ反応チャンバー（１０２）に接続され、
前記圧力制御弁（１４２）および前記真空ポンプ（１４４）は、前記プラズマ反応チャンバー（１０２）を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、前記プラズマ反応チャンバー（１０２）内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去する、誘導結合プラズマ処理システム - 前記励起高周波数電源（１０４）および前記バイアス高周波数電源（１１４）は、いずれも特定の周波数に設定され、前記特定の周波数は、４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび２．５４ＧＨｚのうちの１つまたは複数の組み合わせである、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- 前記誘電体窓（１１０）の底部には、酸化イットリウムコーティング層がスプレーコーティングされており、前記酸化イットリウムコーティング層の厚さは、５０μｍ以上であり、前記酸化イットリウムコーティング上には、ファラデーシールドデバイス（１６０）がスプレーコーティングされており、前記スプレーコーティングされた厚さは、５０μｍ以上であり、前記ファラデーシールドデバイス（１６０）によりチャンバーが汚染されるのを防ぎ、前記誘電体窓（１１０）および前記ファラデーシールドデバイス（１６０）がエッチングプロセスによって損傷されるのを防ぐため、前記酸化イットリウムコーティング層のスプレーコーティング範囲は、前記ファラデーシールドデバイス（１６０）の最大直径よりも大きく、前記誘電体窓（１１０）は、酸化アルミニウムを焼結することによって作製され、前記誘電体窓（１１０）の底部には、電気リードピン（２１１）が焼結またはろう付けされ、前記電気リードピン（２１１）には、電気リード線（２１０）が接続され、前記電気リード線（２１０）を介して前記３路スイッチ（１５０）に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- 前記ファラデーシールドデバイス（１６０）の材料は、炭化ケイ素または酸化亜鉛である、ことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- 前記電気リードピン（２１１）および前記誘電体窓（１１０）が一体に焼結される場合、前記電気リードピン（２１１）の材料は、高い導電率を有する銅、銀、金またはパラジウムであり、前記電気リードピン（２１１）および前記誘電体窓（１１０）が一体にろう付けされる場合、前記電気リードピン（２１１）の材料はコバールである、ことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- プラズマ処理プロセスにおいて、
まず、基板（１２０）をプラズマ反応チャンバー（１０２）内に配置し、ガス源（１３０）からプラズマ反応チャンバー（１０２）へプラズマ処理プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁（１４２）および真空ポンプ（１４４）によって、プラズマ反応チャンバー（１０２）を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチ（１５０）のオン位置を切り替え、励起高周波数電源（１０４）は、マッチングネットワークＡ（１０６）によって調整されて、誘電体窓（１１０）の上方に位置する高周波数コイル（１０８）に電力を供給すること、
続いて、誘導結合によりプラズマ反応チャンバー内において、プラズマ（１１２）が生成され、基板（１２０）に対してプラズマ処理を行うこと、
続いて、プラズマ処理プロセスが完了した後、励起高周波数電源（１０４）からの高周波数電力の供給を停止させ、ガス源（１３０）からのプラズマ処理プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含み、
洗浄プロセスが必要である場合、
基板（１２０）をプラズマ反応チャンバー（１０２）内に配置し、プラズマ反応チャンバー（１０２）に洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御バルブ（１４２）および真空ポンプ（１４４）によって、プラズマ反応チャンバー（１０２）を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持すること、
続いて、３路スイッチ（１５０）のオン位置を切り替え、励起高周波数電源（１０４）は、マッチングネットワークＡ（１０６）によって調整されて、誘電体窓（１１０）と高周波数コイル（１０８）との間に配置されたファラデーシールドデバイス（１６０）に電力を供給すること、
続いて、高周波数電力は、ファラデーシールドデバイス（１６０）に結合され、プラズマ反応チャンバーおよび誘電体窓について洗浄を行うこと、
続いて、洗浄プロセスが完了した後、励起高周波電源（１０４）からの高周波電力の供給を停止させ、ガス源（１３０）からの洗浄プロセス反応ガスの供給を停止させること、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理システム。 - 前記洗浄プロセスが必要である場合の誘導結合プラズマ処理システムにおける具体的な動作フローは、
まず、３路スイッチ（１５０）を切り替えることにより、励起高周波数電源（１０４）は、マッチングネットワークＡ（１０６）によって調整され、電気リード線（２１０）および電気リードピン（２１１）を介してファラデーシールドデバイス（１６０）に電力を供給すること、
続いて、ガス源（１３０）は、ガス入口（１４０）によってプラズマ反応チャンバー（１０２）に接続され、プラズマ反応チャンバー（１０２）に洗浄プロセス反応ガスを導入すること、
続いて、圧力制御弁（１４２）および真空ポンプ（１４４）によって、プラズマ反応チャンバー（１０２）を１ｍｔｏｒｒから１００ｍｔｏｒｒに維持し、プラズマ反応チャンバー（１０２）内の過剰なガスおよび反応副生成物を除去すること、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の誘導結合プラズマ処理システム。 - 前記ファラデーシールドデバイス（１６０）は、１組の同じ形状の花弁形状部材（２１２）によって構成され、隣接する２つの花弁形状部材（２１２）の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有し、前記花弁形状部材（２１２）は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布され、垂直軸に近い前記花弁形状部材（２１２）の端部は、導電性部材（２０４）に接続され、前記導電性部材（２０４）は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成され、前記導電性部材（２０４）は、電気リードピン（２１１）にスプレーコーティングされており、２つの前記扇形導電性部材は、電気リードピン（２１１）および電気リード線（２１０）によって高周波数マッチングネットワークＡ（１０６）に並列に接続され、励高周波数電源（１０４）との接続を実現する、ことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- 前記ファラデーシールドデバイス（１６０）は、１組の同じ形状のブレード形状部材（２０２）によって構成され、隣接する２つのブレード形状部材（２０２）の間の隙間は、同じ形状およびサイズを有し、前記ブレード形状部材（２０２）は、垂直軸を中心に周りを回転しながら対称分布され、垂直軸に近い前記ブレード形状部材（２０２）の端部は、導電性部材（２０４）に接続され、前記導電性部材（２０４）は、同じラジアンおよびサイズを有し、互いに分離され、絶縁されている２つの扇形導電性部材によって形成され、前記導電性部材（２０４）は、電気リードピン（２１１）にスプレーコーティングされており、２つの前記扇形導電性部材は、電気リードピン（２１１）および電気リード線（２１０）によって高周波数マッチングネットワークＡ（１０６）に並列に接続され、励高周波数電源（１０４）との接続を実現する、ことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
- ファラデーシールドデバイス（１６０）の直径は、基板（１２０）の直径の８０％より大きく、導電性部材（２０４）の半径は、基板の半径の１０％以下であり、プラズマ処理プロセスにおいて、高周波数電力がマッチングネットワークＡ（１０６）を介して高周波数コイル（１０８）に結合される場合、ファラデーシールドデバイス（１６０）は、電気リードピン（２１１）および電気リード線（２１０）によって接地されてもよく、フローティングしてもよいため、プラズマによるチャンバーの内壁、特に誘電体窓（１１０）への侵食を低減でき、プロセス終了後の洗浄時間を短縮でき、前記フローティングするとは、ファラデーシールドデバイス（１６０）が接地されておらず、高周波数にも接続されていないことである、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の誘導結合プラズマ処理システム。
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