JP3792267B2 - 誘導結合モードと静電結合モードとを併用する高密度プラズマｃｖｄリアクタの操作方法 - Google Patents

誘導結合モードと静電結合モードとを併用する高密度プラズマｃｖｄリアクタの操作方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、個別に、或いは、チャンバ浄化操作のために組み合わせて選択可能な誘導結合モードと静電結合モードとに対応した高密度プラズマＣＶＤリアクタの操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学的気相成長（ＣＶＤ）、エッチング、リアクティブイオンエッチング等の、半導体の加工に使用されるプラズマリアクタは、典型的には、誘導結合か静電結合を用いてプラズマを発生、維持する。静電結合プラズマの高イオンエネルギー特性が、例えば、二酸化珪素等の薄膜の除去に適しているので、エッチングリアクタでは、典型的には、静電結合を採用している。この高イオンエネルギーは、静電結合プラズマを発生させるのに必要とされる高電界から発生する。例えば、コリンズ（Ｃｏｌｌｉｎｓ）等によって出願され、１９９３年７月２８日に公開された、「プラズマエッチング加工（Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈ Ｐｒｏｃｅｓｓ）」と題する欧州特許出願公開第０５５２４９１号の開示によれば、静電結合リアクターは並列電極を有し、ペデスタルを備える。
【０００３】
しかし、静電結合プラズマのプラズマ密度は、低圧で化学的気相成長（ＣＶＤ）とその場でのスパッタリングとを同時に達成するには充分ではない。従って、フェアベーン（Ｆａｉｒｂａｉｒｎ）とノワック（Ｎｏｗａｋ）とにより１９９３年８月２７日に出願された、「高密度プラズマＣＶＤとエッチングリアクター（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ ＣＶＤ ａｎｄ ＥｔｃｈｉｎｇＲｅａｃｔｏｒ）」と題する米国特許出願第０８／１１３，７７６号に開示されているタイプのＣＶＤプラズマリアクターは、誘導結合を採用してプラズマを発生、維持している。フェアベーンとノワックとの上記出願に係わる発明では、ドーム形チャンバのシーリング内のドーム形螺旋コイルにより、プラズマへの静電結合を低チャンバ圧（１００ミリトール未満）で達成しており、このドーム形状が、半導体ウェーハ全体に渡ってより一層均一なイオン密度分布を提供するもとになっている。かかる静電結合プラズマは、高イオン密度を特徴とし、それ故、高加工（例えば、成長）速度での低圧ＣＶＤプラズマ加工に適している。
【０００４】
静電結合プラズマと誘導結合プラズマとの主要な差異は次の通りである。誘導結合プラズマは最高２桁高いプラズマ密度を有し、それによって高加工速度をもたらしている。静電結合プラズマは、高い電極シート電圧、高いセルフバイアス及び高いプラズマインピーダンスを有し、それ故に高スパッタ速度とウェーハへの大きな損傷の危険性とをもたらす。誘導結合プラズマは低いイオンエネルギー分布を示し、ウェーハへの損傷の危険性は低い。
【０００５】
全てのプラズマリアクタ、特にプラズマＣＶＤリアクタ、の一要件は、それらを定期的に浄化して、付着物と残さとを除去しなければならないことである。例えば、ＣＶＤリアクタで、半導体ウェーハ上への二酸化珪素の堆積の間に、二酸化珪素は反応チャンバの他部分と同様にチャンバ壁とシーリングとにも付着して、チャンバの特性を変え、微粒子汚染を高める。それ故、反応チャンバは、定期的に浄化して、かかる付着物と残さとを全て除去する必要がある。二酸化珪素質付着物の除去は、ＮＦ3 （例えば）のようなフッ素含有エッチングガスをチャンバへ導入し、プラズマを発生させてチャンバ浄化操作を行わせることにより達成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導結合プラズマリアクタの一つの限界は、その大容積、低操作圧、チャンバ壁面のバイアス不足のために、チャンバ浄化操作を行うのに多くの時間を要することである。二酸化珪素のような特定な残さは、低いイオンエネルギで比較的遅いエッチ速度持つのが典型的であり、それ故、誘導結合プラズマによって除去するのが困難なことがある。
【０００７】
かかるチャンバ浄化操作に伴う１つの問題は、反応チャンバの様々な面が、チャンバ内での位置の違い、材質の相違とにより同一速度で浄化（エッチング）されないことである。プラズマ密度とイオンエネルギーとは、チャンバ内の全ての位置で同一であることはないので、浄化（エッチング）速度の相違は象徴的なものである。更に、ウェーハ加工（例えば、ＣＶＤ加工）の間に、付着物がチャンバの特定の面に他より厚く堆積し、付着物或いは残さの厚さがチャンバ内部で不均一となる。例えば、コリンズ等の前記欧州特許出願のエッチングリアクタにおいて、エッチング加工の残さは、プラズマ密度の不均一のために、シーリングの中央においてシーリングの端よりはるかに厚い。
【０００８】
その結果、ある金属面では他より早く残さ或いは付着物が完全に除去され、この浄化金属面は、残留汚染物が他の未だ不浄な面から除去されている最中にエッチングされる。例えば、コリンズ等の欧州出願に係わる平形シーリング電極の場合には、このシーリング電極の端は、その中央部分が未だ厚い残留皮膜を有している間に素早く浄化される。電極端部のむき出しの金属面は、ＲＦエネルギーを、未だ不浄な中央部分から分路させ、これにより、中央部分のそれ以上の浄化を妨げる。ＮＦ3 等のフッ化物ガスをチャンバ浄化に用いると、金属面が浄化操作中にエッチングガスと反応して様々なフッ化アルミニウムを形成し、これが、未だ不浄の面を含め、チャンバの様々な面に他の残さ或いは付着物と共に再付着する。かかるフッ化アルミニウム類は、非常にゆっくりとエッチングされるか、或いは、エッチングを実質上受け入れず（特に、誘導結合プラズマにおいて）、かくて、その下の先行付着物（例えば、二酸化珪素）を遮蔽することになる。浄化操作中のフッ化アルミニウム類のこの付着のために、残さ（例えば、二酸化珪素）の除去が妨げられ、チャンバ浄化操作時間を延長しても反応チャンバを完全には浄化不能となる。
【０００９】
これに関連した問題点は、チャンバ浄化操作中にチャンバのある誘電体面（例えば、石英面）が急速に消耗し、これは誘電結合プラズマで顕著であり、従って、多大な費用をかけて頻繁に交換する必要があり、重大な欠点となっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、真空チャンバ；この真空チャンバの底部近くのウェーハ保持用ペデスタル；ガス注入口と真空ポンプ；チャンバの頂部の、一般的に平円盤形の導電性シーリング電極；シーリング電極と、真空チャンバの周囲に一般的に一致した基部とに隣接した螺旋コイルアンテナ；及び、コイルアンテナ、シーリング電極、ウェーハペデスタルの各々を、（ａ）各ＲＦ電源、（ｂ）グランド、或いは、（ｃ）フロート電位（即ち、未接続）の各々に個別に接続するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作方法であり、ウェーハ保持用ペデスタルから全てのウェーハを除去し、ガス注入口からチャンバ内にエッチングガスを導入しながら真空ポンプでチャンバ内を真空とし、次いで、真空チャンバ内に主として静電結合プラズマを発生させるために、当初はコイルへのＲＦエネルギー供給を控えながらシーリング電極にＲＦエネルギーを加えるようにスイッチ操作するチャンバ浄化操作を含む方法として具体化される。
【００１１】
本発明は又、真空チャンバ；この真空チャンバの底部近くのウェーハ保持用ペデスタル；ガス注入口と真空ポンプ；チャンバの頂部の、一般的に平円盤形の導電性シーリング電極；シーリング電極と、真空チャンバの周囲に一般的に一致した基部とに隣接した螺旋コイル；及び、コイルアンテナ、シーリング電極、ウェーハペデスタルの各々を、（ａ）各ＲＦ電源、（ｂ）グランド、或いは、（ｃ）フロート電位の各々に個別に接続するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作方法であり、リアクタを誘導結合モードで操作しようとするときには常に、シーリング電極を接地させながら、コイルアンテナにＰＦ電力を印加するためにスイッチを操作し、一方、リアクタを静電結合モードで操作しようとするときには常に、シーリング電極にＲＦ電力を印加するためにスイッチを操作し、又、リアクタを浄化しようとするときには常に、真空チェンバにエッチングガスを導入しながら、シーリング電極とコイルアンテナとにＲＦ電力を印加することを含む方法としても具体化される。
【００１２】
本発明は更に、真空チャンバ；この真空チャンバの底部近くのウェーハ保持用ペデスタル；ガス注入口と真空ポンプ；チャンバの頂部の、一般的に平円盤形の導電性シーリング電極；シーリング電極と、真空チャンバの周囲に一般的に一致した基部とに隣接した螺旋コイル；及び、コイルアンテナ、シーリング電極、ウェーハペデスタルの各々を、（ａ）各ＲＦ電源、（ｂ）グランド、或いは、（ｃ）フロート電位の各々に個別に接続するためのスイッチを備える化学的気相成長リアクタの操作方法であり、シーリング電極を接地させながらコイルアンテナにＲＦ電力を印加するようにスイッチ操作することによりチャンバ内に誘導結合プラズマを維持しながらチャンバ内に成長前駆体ガスを導入することによってペデスタル内のウエーハ上での化学的気相成長を行い、又、シーリング電極にＲＦ電力を印加するためにスイッチ操作することによりチャンバ内に静電結合プラズマを維持しながらチャンバ内に前駆体浄化ガスを導入することによってリアクタを浄化することを含む方法としても具体化される。
【００１３】
【実施例】
概観
一態様において、本発明は、そのシーリングの中央部内の平面電極を囲むシーリング側部内のドーム形螺旋コイルアンテナを有するプラズマリアクタチャンバを用いる。コイルアンテナと、シーリング電極と、チャンバ底部のウェーハペデスタルとにＲＦエネルギーを別々に結合させるための手段が提供され、これにより、シーリング電極とコイルアンテナとウェーハペデスタルとのうちのいずれか一つまたは組合せがＲＦエネルギーを受け取り、接地され、或いは未接続（フロート）とすることが可能とされている。このコイルアンテナは、必要とされるプラズマのタイプに依存して誘導結合或いは静電結合、或いは両者を提供し、シーリング電極は静電結合を提供し、又、同時に通電されたときには、シーリング電極とコイルアンテナとは一体となって、反応チャンバ内のプラズマに静電結合と誘導結合との組合せを提供する。ＣＶＤ加工中は、コイルアンテナはＲＦエネルギを受け取って静電結合プラズマを提供し、この間、シーリング電極は接地され、ＲＦバイアスがウェーハペデスタルに印加される。チャンバ浄化操作中は、ＲＦエネルギがシーリング電極に印加されて静電結合プラズマを発生し、この間、ウェーハペデスタルは電気的にフロートが可能となり（ウェーハペデスタルと関連ハードウェアとへの損傷を避けるためである）、コイルアンテナは接地されるかフロート可能とされる。静電結合プラズマが一旦点火されると、ＲＦエネルギがコイルアンテナに印加されてプラズマを高プラズマ密度に維持することが可能となり、従って追加の化学種と熱とを提供して二酸化珪素及びそれと同様の化合物の除去が可能となる。
【００１４】
別態様では、非生産用（ダミー）ウェーハをペデスタル上に保持させながらＲＦ電力をウェーハペデスタルに印加して静電結合プラズマを発生させて、チャンバを浄化する。この態様では、頂部電極は接地されているか、それにＲＦ電力が印加されていることが好ましい。この方法は、誘導結合プラズマを使用しても適用可能である。シーリング電極は、約２６０〜２７０℃の温度に迄加熱してチャンバ浄化速度を高めることが好ましい。
【００１５】
静電プラズマは、（ｉ）シーリング電極のみへのＲＦ電力の印加、（ｉｉ）シーリング電極とコイルとへの電力の同時印加、及び、（ｉｉｉ）シーリング電極とコイルとウェーハペデスタルとへのＲＦ電力の同時印加、により点火可能である。これら３つの異なるモードの各々が独自の利点を提供する。電力をシーリング電極に印加すると、接地面とシーリング面との浄化が速くなる。電力をシーリング電極とコイルとに印加すると、金属面を高速浄化しながら誘電体面の浄化か促進されるが、これは、フッ素解離の増加と高プラズマ温度とによるものである。シーリング電極とコイルとウェーハペデスタルとに同時にＲＦ電力を印加すると、プラズマへの別途の接地路を提供することにより金属性のチャンバ壁面のスパッタリングが減少する。即ち、上記の３つのモード（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）のうちの１つの選択は、チャンバ内の付着酸化物残さの分布に依存して可能となる。「ダミー」ウェーハを、チャンバ浄化操作中、ウェーハペデスタル上に載置することにより、ペデスタル面をエッチングから保護することが可能である。これは、上記（ｉｉｉ）のモードで操作するときに特に好ましい。
【００１６】
誘導結合プラズマ又は静電結合プラズマに点火するためには、シーリング電極を接地することは必ずしも必要ではない。
【００１７】
誘導結合プラズマに対しては、一定の圧力レベル（典型的には３０〜３００ミリトールであり、印加されるＲＦ電力レベルに依存する）を維持しながらＲＦ電力をコイルに印加してプラズマに点火する。プラズマが一旦点火すれば、圧力を３０ミリトール未満に下げてもプラズマは維持できる。
【００１８】
リアクタ構造の説明
図１を参照すると、好ましい態様のプラズマリアクタは、真空チャンバ１０；真空ポンプ１２；及び、ガス注入ノズル１４を支持するメタルハウジング１８内のガス供給環形マニホールド１６に接続されたガス注入ノズル１４；を備える。チャンバ１０は、シーリング電極２４を囲む部分的にドーム形状の即ち半球状の環部２２からなるシーリング２０を有する。このドーム形環部２２は石英やセラミック等の絶縁体である。このドーム形環部２２が、その一端がコンデンサを経てスイッチ３０によりグランドに接続可能であり、他端がスイッチ３４によりＲＦ源３２に接続可能である螺旋コイルＲＦアンテナ２６を支えている。螺旋コイルＲＦアンテナ２６の、長さを含む構造の詳細は、フェアベーンとノワックとの前記米国特許出願に開示されており、その開示内容は、参照により、本明細書に含められているものとする。例えば、ＲＦ源３２は、ＲＦ発生装置と通常のＲＦ適合ネットワーク（図示されていない）とを備える。
シーリング電極２４は、スイッチ３８によりＲｆ源３６かグランドに接続可能の導体である。チャンバ１０の底部は、ドープポリシリコン又はアルミニウムとすることが可能な着脱式電導性の底環部即ちライナー４０と、半導体ウェーハ４５を保持するためのウェーハペデスタル４４とを備える。ウエーハ４５の上面と共面の誘電体環部４４ａで、ペデスタル４４上のウェーハ４５を囲むことが好ましい。ウエーハペデステル４４には、静電チャク、冷却液流路、そして、本発明にとっては必須ではない他の通常の側面を備えることができる。導電性環状リング４０は、シーリング電極２４とほぼ同一の面積を有するチャンバ１０の内部に面する凸レンズ状に湾曲した内面４０ａを有する。この特徴により静電放電が促進され、チャンバ底部の接地面がプラズマに暴露される。その結果、ＲＦ源がシーリング電極２４に印加され、環状リング４０が接地されるときには、両者はほぼ同一速度でエッチングされることになり、これは重大な利点である。この着脱式環状リングであるライナー４０は、定期的な保守とチャンバ底部浄化とに有益である。
【００１９】
前記通り、平形シーリング電極（例えば、コリン等の前記欧州特許出願に示されているタイプ）は、汚染物（例えば、二酸化珪素）を不均一に堆積する傾向がある。平形シーリングをしたエッチングリアクタの場合、付着物は主として、より低温のバイアスされていない面、即ち、シーリング電極の外側端、に多く付着する傾向があるポリマーから主として構成される。平形シーリングをしたエッチングリアクタの場合、付着酸化物の大部分は、シーリング電極の中央に、ウェーハと向かい合った状態で位置する。これは、ウェーハペデスタルのＲＦバイアスによって誘発される成長加工のためのスパッタ成分に起因する。従って、ＣＶＤリアクタでは、プラズマ放電モードの如何に拘わらず、チャンバ浄化中はまずシーリング電極の外側部分が浄化される。この問題を解消するためには、本発明のリアクタ（図１）のシーリング電極を側壁の直径より小さいサイズ（ウェーハペデスタルより若干大きいことが好ましい）として、シーリング電極部分が他部位より厚い残さを蓄積し、従ってエッチング即ち過剰浄化を必要とする傾向をなくす。
【００２０】
これに関連した利点は、底部のアルミニウムライナー４０と石英製ドーム形環部２２との穏やかに湾曲した凹面により、チャンバ浄化操作中の浄化を困難とするチャンバ内部の鋭い角部がないことである。
【００２１】
チャンバ１０の材質を選択して、チャンバ浄化操作中のフッ化アルミニウム類の形成に寄与する金属面を最小化ないし除去することが好ましい。特定すると、シーリング電極２４と底部の環状リング４０とは共にシリコン、例えば、約０．２オーム／ｃｍ未満の抵抗になる迄ドープされたポリシリコン、とすることができる。ポリシリコンの利点は、チャンバの浄化（エッチング）操作中にそこから除去されるシリコンが揮発性であり、チャンバ１０から容易にポンプ送りされる点である。チャンバ浄化操作中にフッ化アルミニウム類が形成される可能性を更に下げるためには、ガス噴射ノズル１４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミック材とする。更に、石英、ポリシリコン、シリコン又はセラミック製の円形支持体４６で金属体１８を被覆する。更に、この金属体１８を接地して、チャンバ浄化操作中のアーク発生の可能性を減らす。従って、この好ましい態様においては、チャンバ内部にむき出しとされた金属面は実質上存在しない。チャンバ浄化操作中は、ウェーハペデスタル４４はいずれの電位にも未接続とする（即ち、電気的にフロートさせる）ことが好ましく、これにより、チャンバ浄化操作中にそのエッチング（即ち、それからのフッ化アルミニウム類の形成）はほとんど発生しなくなる。
【００２２】
ウェーハペデスタル４４は、スイッチ５２によって、グランドかＲＦ源５０に接続可能であり、又、電気的に絶縁可能である。
【００２３】
図１のリアクタの一利点は、シーリング電極２４によりチャンバ１０内に高圧静電結合プラズマが発生すると同時に或いはその後にコイルアンテナ２６に通電できることである。この時点でコイルアンテナ２６に通電する利点は、それが静電結合プラズマを維持するのに効率的な手段となり、又、石英製環部２２から残さをエッチング除去可能とするために、石英製環部２２近くのプラズマに一定量の誘導及び／又は静電結合力を提供することである。この結合モードにより、環部２２の石英材が、純粋な低圧誘導結合プラズマモードによるよりも遅い速度でエッチングされることとなり、これは重要な利点である。更に、コイルアンテナ２６により提供される誘電結合により、チャンバ１０内に別の熱が発生する。高温は、チャンバ１０内のシーリング電極２４その他の部位からの二酸化珪素の除去を大いに促進する。図１に示される通り、シーリング電極２４を覆う蓋５６がその内部を通る冷却ジャケット５８を有するので、シーリング自体は熱源ではなくヒートシンクの役目を果たす点に留意されたい。しかし、シーリング電極の浄化速度は、抵抗加熱装置６０のような外部熱源を使用してシーリング電極の温度を、例えば、２６０〜２７０℃に上昇させることにより加速可能である。
【００２４】
図１のリアクタの一つの好ましい具体例では、石英製環部２２の内面２２ａの曲率半径Ｒ1 は３２５ｃｍ（１３インチ）、底部リング４０の内面の曲率半径は２５０ｃｍ（９．５〜１０インチ）、シーリング電極２４の直径Ｄは２２５ｃｍ（９インチ）、ウェーハペデスタル４４の直径は２００ｃｍ（８インチ) 、シーリング電極の、ペデスタル４４からの高さは１１２ｃｍ（４．５インチ）であった。しかし、本発明はいかなる特定の設計形状に限定されるものではない。
【００２５】
リアクタの操作方法
本発明は、別の態様において、図１の多モード結合プラズマリアクタの特定の使用方法により具体化される。基本的に図１のプラズマリアクタは、加圧方式と、化学と、印加されるＲＦ電力レベルとに依存して、３つの可能性あるプラズマ結合モードである（１）主に誘導結合プラズマ、（２）主に静電結合プラズマ、（３）誘導結合と静電結合との両者の同時混成、に対応している。
【００２６】
例えば、ペデスタル４４上に保持されたウェーハ４５上に二酸化珪素の化学的気相成長を達成するためには、リアクタを上記第一モードで操作して静電結合プラズマを提供する。シラン等のシリコン先駆物質を、シラン用の注入ノズル１４を使用して、酸素含有ガスと共にチャンバ１０に導入する。ポンプ弁１２ａを配置して、１００ミリトール以下のチャンバ圧を維持する。３００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚ（好ましくは２．０ＭＨｚ）の１０００〜５０００ワットのＲＦエネルギをＲＦ源３２からコイルアンテナ２６に印加している間は、シーリング電極２４は接地される。コリン等の前記出願及び、フェアベーンとノワックとの前記出願に開示されている技術により、ウェーハスペデストルは接地させてもフロートさせてもよく、又、ＲＦ源５０からのＲＦバイアスをペデスタル４４に印加して、ペデスタル４４上に保持された半導体ウェーハに適当なプラズマシース電圧を発生させることが可能である。場合によっては、誘導結合プラズマの発生にシーリング電極の接地は必要でないことがある。
【００２７】
２０ｃｍ（８インチ）直径のウェーハを保持可能の容積（例えば、２５〜３０リットル）のチャンバに対してチャンバ浄化操作を行うためには、チャンバ圧を０．５〜５トールに設定し、この間に０．５〜３リットール／分のフッ素含有ガス（例えば、ＮＦ3 、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 等）と酸素とをチャンバ１０にポンプ送りする。ウェーハペデスタルをスイッチ５２により切断し、電気的にフロートさせ、コイルアンテナをスイッチ３０、３４によりまず切断或いは接地させ、この間、３００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚ（好ましくは１．８ＭＨｚ）の１０００〜５０００ワットのＲＦエネルギをＲＦ源３６により、スイッチ３８を通じてシーリング電極に印加する。プラズマに一旦点火すると、次の３つの目的のためにコイルアンテナ２６をＲＦ源３２に接続できる。（１）コイルアンテナ２６により提供される小成分の静電結合により、既に発生している静電結合プラズマを効率よく維持する。（２）石英製環部２２にコイルアンテナ２６に近接させて、環部２２からの残さ或いは付着物のエッチング或いは掃去を可能にする。（３）コイルアンテナ２６の誘導結合によりチャンバ１０に熱を発生させ、これにより、シーリング電極２４等のチャンバ内面と、ペデスタル周囲の石英材とからの二酸化珪素残さの除去を容易にする。
【００２８】
静電結合のみでスパッタリング或いはエッチング操作を行うためには、リアクタを前段落記載通りに、但し、コイルアンテナは終始切断したままか接地したままで操作する。静電結合モードの方がはるかに速いエッチ速度を提供するが、これは、同モードが約５０ボルトのプラズマシース電圧を特徴とするからであり、一方、誘導結合モードは、わずか５ボルト前後のプラズマシース電圧によって特徴づけられる。
【００２９】
以上に述べたチャンバ清浄操作後に、吸着されたフッ素原子をチャンバ内部から除去する必要がある。この目的のために、チャンバ浄化操作との関連で記載した方法と同一の方法で、但し、ＮＦ3 ガスを水素ガス（或いはシラン等の水素含有ガス）に代えて、水素含有プラズマをチャンバ１０内に発生させる。
【００３０】
静電放電モードは、浄化すべき面の近くのシートの電圧降下が大きいので、チャンバ浄化に一層好ましい。このため、前記面に衝突するイオンが高エネルギーとなり、Ｓ−Ｏ結合の破壊が容易になる。しかし、リアクタはいずれの方式でも、静電結合であれ誘導結合であれ浄化可能である。リアクタの異なる領域での浄化速度の一致は、適当な浄化方式の選択により達成可能である。事実、誘導モードプラズマ浄化工程とそれに続く静電モードプラズマ清浄工程とからなる２段階浄化法を使用できる。別法として、これら２工程の順序を逆転できる。
【００３１】
静電浄化モードでは、圧力を比較的高く（０．５トールより高い）してチャンバ壁の過剰スパッタリングを防止する必要がある。低圧方式では、プラズマ結合は主として誘導モードであり、最小の壁面バイアスが生ずる。しかし、この誘導放電モードでは一般に、プラズマ温度が一層高くなる。静電結合プラズマは、電極浄化に非常に有効である。静電放電では直接にはバイアスされないチャンバの石英製ドームその他の領域の浄化を容易にするのは、一般的には静電モードの結合プラズマの誘導による強化である。
【００３２】
ウェーハペデスタルは、バイアスも接地もフロートも可能である。ペデスタルを残さから浄化し、或いは、逆に、それを過剰浄化と損傷とから保護するためには、ペデスタル電位をそのようにコントロールできることが有益である。
【００３３】
以上に述べたチャンバ浄化法の重要な利点は、所定リアクタ温度では、前記浄化方法が、フェアベーンとノワックとの前記出願に記載のタイプの誘導結合高密度プラズマリアクタ用の浄化方法よりも５〜１０倍高速であることである。
【００３４】
シーリング電極２４とコイルアンテナ２６とに別々の個々のＲＦ源を提供する好ましい態様を参照しながら本発明を記載したが、コイルアンテナとシーリング電極とは、両者が同時にＲＦエネルギーを受け取るようにするときには常に、共通のＲＦ源に一緒に接続できる。
【００３５】
図１のリアクタの他の使用方法も有用である。シーリング電極２４とコイルアンテナ２６とに印加されたＲＦ電力の比を調整することにより、図１のリアクタは１０ミリトール未満から１５トール迄という広い圧力域で操作でき、低圧方式は主として誘導結合プラズマに好ましく、高圧方式は主として、静電結合プラズマに好ましい。
【００３６】
本発明を、好ましい態様を特に参照しながら詳細に記載したが、その変形、改良が本発明の真の精神と範囲を逸脱することなく可能であることは理解されよう。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のＣＶＤリアクタの操作方法は、以上のように構成されるので、反応チャンバの様々な面が、チャンバ内での位置の違い、材質の相違があっても同一速度で浄化される。従って、チャンバ浄化操作中にチャンバのある誘電体面が急速に消耗し、頻繁に交換する必要性も解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマリアクタの概略断面立面図である。
【符号の説明】
１０…真空チャンバ、１２…真空ポンプ、１２ａ…ポンプ弁、１４…ガス注入ノズル、１６…ガス供給環形マニホールド、１８…メタルハウジング、２０…シーリング、２２…環部、２２ａ…環部内面、２４…シーリング電極、２６…コイルアンテナ、３０、３４、３８、５２…スイッチ、３２…ＲＦ源、３６、５０…バイアス、ＲＦ発生装置、４０…環状リング、４０ａ…湾曲内面、４４…ウエーハペデステル、４４ａ…誘電体環部、４５…ウエーハ、４６…円形支持体、５６…蓋、５８…冷却ジャケット、６０…抵抗加熱装置。

Claims (19)

  1. 真空チャンバ；前記真空チャンバの底部近くの、ウェーハを支持可能なウェーハ保持用ペデスタル；ガス注入口と真空ポンプ；前記チャンバの頂部の、一般的に平形の導電性シーリング電極；前記シーリング電極と前記ウェーハ保持用ペデスタルとの間の空間の周囲に配置されたコイルアンテナ；及び、前記コイルアンテナ、前記シーリング電極、前記ウェーハペデスタルの各々を、（ａ）第１のＲＦ電源、（ｂ）グランド、（ｃ）フロート電位、（ｄ）第２のＲＦ電源のうちの少なくとも１つに個々に接続するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作方法において：
    前記真空ポンプを備えた前記チャンバ内で静電結合プラズマ処理の圧力レベルを形成すると同時に前記ガス注入口を通って前記チャンバ内にエッチングガスを導入する工程と；
    前記シーリング電極を前記第１のＲＦ電源に接続することにより前記シーリング電極にＲＦエネルギーを印加するように、前記スイッチのうちの第１スイッチを操作することにより前記チャンバ内で静電結合プラズマを形成する工程と；
    最初に、前記スイッチの第２スイッチを操作し、前記コイルアンテナを（ａ）前記グランド、（ｂ）前記フロート電位の一つに接続する工程と；
    前記静電結合プラズマが形成された後、前記スイッチの前記第２スイッチを操作し、前記コイルアンテナを前記第２のＲＦ電源に接続することにより、前記コイルアンテナにＲＦエネルギーを印加する工程と；
    を含む方法。
  2. 少なくとも最初に、前記スイッチの第３スイッチを操作し、前記ウェーハペデスタルを（ａ）グランド、（ｂ）前記フロート電位の一つに接続する、請求項１記載の方法。
  3. 前記スイッチの第３スイッチは、前記ウェーハペデスタルを第３のＲＦ電源に接続することができ、前記方法は、前記スイッチの前記第３スイッチを操作し、前記ペデスタルを前記第３のＲＦ電源に接続することにより前記ウェーハペデスタルにＲＦエネルギーを印加する工程を更に備える、請求項１記載の方法。
  4. 前記静電結合プラズマ処理の圧力レベルは、約０．５から１０トルの範囲にある、請求項１記載の方法。
  5. 前記シーリング電極に印加された前記ＲＦエネルギーは、約３００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数で約１０００〜３０００ワットの範囲内の電力レベルを特徴とする、請求項１記載の方法。
  6. 前記エッチングガスが、フッ化窒素類、フッ化珪素類、フッ化炭素類の少なくとも一つから構成されるエッチングガス群から選択され、前記チェンバへの前記エッチングガスの流速が約０．５〜３リットル／分の範囲内にある、請求項１記載の方法。
  7. 前記コイルアンテナに印加されるＲＦエネルギーが、約１０００〜５０００ワットの電力レベルと約３００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  8. 水素プラズマを発生させ、それにより前記チャンバからフッ素残さを除去するために、前記チャンバから前記エッチングガスを除去する工程と、前記チャンバに水素含有ガスを導入する工程とを更に含む、請求項６記載の方法。
  9. 前記チャンバから前記エッチングガスを除去し、前記ウェーハペデスタル上に加工対象のウェーハを置く工程；前記真空を選択された加工真空レベルに変えながら前記真空チェンバに少なくとも１種の選択された加工ガス(processing gas)を導入する工程；前記シーリング電極を接地するために前記スイッチを開き、誘導結合プラズマを発生させるために前記コイルアンテナにＲＦエネルギーを印加し、前記ウェーハペデスタルをバイアスする工程；を含むウェーハ加工操作を前記チャンバ浄化操作の完了時に行うことを更に含む、請求項１記載の方法。
  10. 前記ウェーハ加工操作が、化学的気相成長工程を含み、前記選択加工ガスが前記ウェーハ上に付着すべき物質の前駆体ガス(a precursor gas) である、請求項９記載の方法。
  11. 前記選択加工真空レベルが、約１００ミリトール以下である、請求項１０記載の方法。
  12. 前記コイルアンテナに印加される前記ＲＦエネルギーが、約１０００〜３０００ワットの電力レベルと約３００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数であることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
  13. 前記チャンバから前記エッチングガスを除去し、前記ウェーハペデスタル上に加工対象のウェーハを置く工程；
    前記真空を選択された加工真空レベルに変えながら前記真空チェンバに少なくとも１種の選択された加工ガスを導入する工程；
    前記スイッチの第２スイッチを操作し、前記コイルアンテナを接地させる工程；
    前記シーリング電極が前記第１のＲＦ電源に接続されない場合、前記スイッチの前記第１スイッチを操作し、前記シーリング電極を前記第１のＲＦ電源に接続することにより前記シーリング電極にＲＦエネルギーを印加し、それにより、静電結合プラズマを衝突させる工程；
    前記ウェーハペデスタルを第３のＲＦ電源に接続することができる前記スイッチの第３スイッチを操作し、前記ペデスタルを前記第３のＲＦ電源に接続することにより前記ウェーハペデスタルにＲＦエネルギーを印加する工程；
    を備える、請求項１記載の方法。
  14. 前記選択加工真空レベルが約０．５〜１０トールの範囲内にある、請求項１３記載の方法。
  15. 前記コイルアンテナに印加される前記ＲＦエネルギーが、約１０００〜３０００ワットの電力レベルと約１．８ＭＨｚの周波数であることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
  16. 前記チャンバ浄化操作を加速する為に前記シーリング電極を加熱する工程を更に備える、請求項１記載の方法。
  17. 前記加熱工程は、約２６０〜２７０℃の間で前記シーリング電極を加熱することを備える、請求項１６記載の方法。
  18. 前記ウェーハ保持用ペデスタル上にダミーウェーハを据え付け、前記チャンバ浄化動作中に前記ペデスタルを保護する工程を更に備える、請求項１記載の方法。
  19. 前記チャンバ内で前記圧力レベルを調整する工程と、前記第１のＲＦ電源により前記シーリング電極に印加された第１のＲＦ電力レベルと、前記第２のＲＦ電源により前記コイルアンテナに印加された第２のＲＦ電力レベルとの間の比を調整する工程と、を更に備え、前記シーリング電極の浄化性能により影響される前記チャンバの第１領域の浄化の第１速度を、前記コイルアンテナの浄化性能により影響される前記チャンバの第２領域の浄化の第２速度で調和させる、請求項１記載の方法。
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