JP4445194B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置に関するものであり、さらに具体的には、プラズマコイル(plasma coil)及びそれを含む処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置製造において、物理蒸着(physical vapor deposition)、反応性イオンエッチング、化学プラズマエッチング、及び物理的なスパッタリングはプラズマ処理のために多くの電位を使用する必要がある。一般に、自由電子、イオン、及び中性子を集中させるために気体、または気体混合物をイオン化させることによって、プラズマが生成される。従来のプラズマ生成装置の大部分は気体、または気体混合物の初期イオン化を誘導し、気体を電場に露出させることによって、連続的なグロー放電(glow discharge)を維持する。一部の従来のプラズマ生成装置は電場を供給するためにDCダイオード構造を利用する。他の従来のプラズマ生成装置は導電コイルを通じて交流を通過させることによって、電場が生成される高周波ダイオード構造を利用する。いくつのシステムが低いGHzから数MHz以下までの範囲で動作するように開発されているが、一般に、電圧信号の周波数は13.56MHzである。
【0003】
13.56MHzで動作する高周波システムを利用した従来のプラズマ装置は半導体ウェハが置かれる低圧チャンバを含む。低圧チャンバの上部には石英プラズマプレートまたはウィンドウが置かれる。石英ウィンドウ上には導電プラズマコイルが配置される。導電プラズマコイルは複数の外部巻線と中央に位置する下部巻線またはセグメントとを有する一つの巻線及び平坦コイルで構成される。中央に位置する下部巻線はコイルの中央に空間が存在するように配置される。プラズマコイルには高周波電力供給装置及びチューニング回路によって電力が供給され、チューニング回路はインピーダンス整合網及び共振周波数チューナーで構成される。コイルは整合回路に直列に連結される。このような点で、外部巻線のうちの一つと内部コイル下部セグメントとの間にはブリッジが設けられ、下部セグメント自体はチューニング回路に直列に連結される。
【0004】
製造経験を通じて、従来のプラズマコイルが動作欠陥を有する事実が明らかになっている。フッ素が含まれた化学物を利用する装置が何時間か動作した後に、石英プレートの下側の全ての領域上にポリマー残留物が形成される。一部のプラズマコイルによって物理的に重畳されないプレートの下側の全領域上にポリマー残留物が形成されるが、ポリマー残留物はプラズマコイルの中央空間に対応するプレート部分より厚く、速く形成される。ポリマー残留物が石英プレートの中央に形成されるメカニズムは石英プレートの直径を横切るプラズマコイルによって生成される電場が大きく変化した結果である。特に、空いた空間にはさらに低い強度の電場が生じる。石英プレートの中央付近における電場の強度の減少はポリマー残留物の生成を防止、または遅延させるプラズマ処理過程の間の、石英プレートの下側との少ないイオン衝突による。
【0005】
石英プレートの中央部分内のポリマー膜が生成されることによって、二つの致命的な副作用を防止できる。その副作用は、プラズマチャンバをよりよく掃除しなければならないことである。プラズマ装置を掃除するためには、プラズマ装置を停止させてチャンバを開け、チャンバ内にある多くの構成を掃除しなければならない。これは操作者の費用だけではなく、減少した製品の生産量と連関している。もう一方の副作用は、半導体加工品の潜在的な汚染と関連している。フッ素によるポリマー残留物の染みは連続的な半導体ウェハの処理過程の間、砕くことができる。所望しないポリマーのかけらが半導体装置の重要な回路構造上に落ちる可能性があり、収率及び性能問題を引き起こす。
【0006】
フッ素によるポリマー残留物の集積問題によって、アルミニウム構造及び表面を有する工程チャンバを利用する工程がかなり難しい。アルミニウム−フッ素の残留物は化学的に反応せず、プラズマ掃除工程にとって妨害になる。したがって、ウェハなしにプラズマを掃除する従来の過程を通じては、例えば、アルミニウムフッ化物のような化学的に安定した化合物を十分に除去できない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述した欠点のうちの一つ、またはそれ以上の影響を克服、または減らすことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一特徴によると、第1導電コイルと前記第1導電コイルに直列に連結された第1導電プレートとを含むプラズマコイルが提供される。
【0009】
本発明の他の特徴によると、絶縁プレートを有するチャンバを含む処理装置が提供される。プラズマコイルは前記絶縁プレート上に位置し、第1導電コイル及び第1導電プレートを有する。第1導電プレートは前記第1導電コイルに直列に連結される。第1高周波電力供給装置が前記プラズマコイルに連結される。
【0010】
本発明の他の特徴によると、複数の巻線を有する第1導電コイルを含むプラズマコイルが提供される。前記複数の巻線(winding)のうち一番内側に位置する巻線は中央空間部を形成するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置する巻線は周辺部を形成する。第1導電プレートは前記中央空間部に位置し、前記第1導電コイルに直列に連結される。
【0011】
本発明のまた他の特徴によると、絶縁プレートを有する工程チャンバに工程気体を注入する段階を含む製造方法が提供される。プラズマコイルは絶縁プレートの外部の表面に近接して配置される。プラズマコイルに高周波電力を供給することによって、工程チャンバ内でプラズマが励起される。絶縁プレートの内部の表面上に形成される残留物の設置空間が決められる。残留物の設置空間に近接した設置空間を有する導電プレートが形成される。導電プレートはプラズマコイルに直列に連結される。導電プレートは絶縁プレートの外部の表面に近接し、かつ残留物に隣接して配置される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【0013】
図1には、半導体加工品またはウェハ12をプラズマ処理するのに適する本発明の望ましい実施形態によるプラズマ装置10の断面図が示されている。プラズマ装置10は半導体加工品12が置かれる工程チャンバ14を含む。チャンバ14は一つ、またはそれ以上の入口及び排出口を通じて多様な処理気体がチャンバ14に満たされるか、提供される。図1には入口及び排出口のうち二つのみが16及び18に各々表記されている。半導体加工品12はチャック20上に置かれ、チャック20は静電チャックまたはより一般的な機械式チャックである。チャック20は接地22に、または高周波電力供給装置24に連結され、またはスイッチ26によって図示されたように、バイアスされないようにすることもできる。プラズマコイル28にはチャンバ14内のプラズマを叩くための励起エネルギー(excitation energy)が供給される。プラズマコイル28はブリッジ34を通じて導電プレート32に直列に連結された導電コイル30から構成される。コイル28はチューニング回路38に供給される高周波電力供給装置36に連結され、チューニング回路38は高周波電力供給装置36の動作周波数で共振するために効率的な電力伝達だけではなく、周波数チューニングのためのインピーダンス整合を提供するように動作する。高周波電力供給装置36はよく知られた高周波または超高周波で多様に動作する。望ましい実施形態において、電力供給装置36は13.56MHzで動作する。
【0014】
プラズマコイル28とチャンバ14とは絶縁ウィンドウまたはプレート40によって分離されている。絶縁プレート40は、例えば、石英のように、よく知られた絶縁物質、サファイアのようによく知られたセラミック、多様なプラスチックまたはそのようなもので構成することができる。
【0015】
図2、図3、及び図4を通じてプラズマコイル28の詳細な構造を理解することができる。図2は本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルを示す図面であり、図3は図2に示した本発明のプラズマコイルの平面図であり、図4は実線4−4に沿って切断した図3のプラズマコイルの断面図である。コイル28は図示の便宜上、図示しない支持構造によって絶縁プレート40上につながれている。コイル28とプレート40との間の間隔は設計裁量の問題である。この実施形態において、コイル28とプレート40との間の間隔は数mmから数cm程度である。コイル28は複数のループまたは巻線を有する導電コイル30で構成される。一番外側に位置するコイルは周辺部41aを形成し、一番内側に位置するコイルは中央空間部41bを形成するように終結している。
【0016】
導電コイル30は導電ブリッジ34によって導電プレート32に直列に連結される。チューニング回路38での電気的な連結は導電コイル30、導電プレート32の端子42、44によって行われる。端子42、44に関連した記号は端子42、44の極性が高周波電力供給装置36の周波数に従って変わることで任意に決められる。
【0017】
図3に示したように、導電プレート32には選択された設置空間が提供される。設置空間はコイル28がアクティブな時に発生する電場の強度が導電プレート32に隣接した領域46で増加するように選択される。前記領域46は導電プレート32のような設置空間を有する。絶縁プレート40の下部にある表面50の領域48に隣接した電場の強度は以下、さらに詳細に説明するように従来のプラズマコイルによるものよりさらに大きい。導電プレート32は中央空間部41b内に置かれる。必要であれば、導電プレート32及びコイル30は真ん中に配置することができる。
【0018】
導電プレート32の設置空間の選択は図5及び図6に示した典型的な従来の単一の巻線平坦コイル52の設計及び動作を考慮することによって理解できる。図5は従来の絶縁プレート54上に位置する従来のプラズマコイル52の平面図を示す。従来のコイル52の外側の部分またはセグメント56と内側の部分またはセグメント58から構成されることに注目されたい。内側の部分またはセグメント58は導電ブリッジ60によって外側の部分56に連結される。典型的な従来の中央コイル部分58は切れたコイル巻線(truncated coil turn)である。中央部58で表示された小さい設置空間はコイル52の中央の部分に物理的な空いた空間61を作る。
【0019】
コイル52のようなプラズマコイルを利用した従来の装置から得られた製造経験によると、従来のコイル52の中央にある中央空間61は電場の強度が減少した領域62になる、ということが示されている。このような低い強度の領域62の結果が図6に示しており、図6には点線で示した従来のコイル52を有する絶縁プレート54の底面図が示している。図5で示した低い強度の領域62の結果として、図示したように、相当量のポリマー残留物64がプレート54の底に形成される。ポリマー残留物64の設置空間は大略的に低い強度の領域62の設置空間に相応する。ポリマー残留物64の構成物は使用された工程気体の種類と工程チャンバ14内の構造及び表面の構成とに依存する。例えば、内部アルミニウム構造及び表面を有する工程チャンバ内の気体を処理するのにフッ素及び塩素化合物がたまに使用される。そのような条件はアルミニウム−フッ素及びアルミニウム−塩素化合物の残留物の生成を招来する。このような種類の化合物は残留物64を作る潜在的な二種類の化合物を示す。他の場合のように、この場合にも、アルミニウム−フッ素ポリマー化合物を除去し難しい。
【0020】
図3に示したプラズマコイルの例は図5及び図6に示した従来のコイル設計と関連した難しさを克服するために設計された。低い強度の領域62を除去するためには、図5に示した従来の内部コイルセグメント58は導電プレート32に有利となるように除去された。コイル28の付近に、特にコイル28の中央に伝達される電場の強度をかなり増加させる設置空間が導電プレート32に提供される。絶縁プレート40の底のイオン衝撃が向上し、図6に示した残留物64のようなポリマー残留物の形成が遅くなる。
【0021】
先の図示例で、導電プレート32は導電コイル30の多くの巻線内の中央に位置する。しかし、他の配置は本発明の思想及び範囲内に含まれる。図7は他の実施形態の平面図を示す。この実施形態において、128で表記されたプラズマコイルは導電コイル130を含み、導電コイル130は導体133によってここの他のところで説明した形態の導電プレート132に直列に連結される。導電コイル130の周辺部141aの外部には導電プレート135が追加的に置かれている。高周波電力供給装置136はここの他のところで説明した形態のチューニング回路138を通じて端子142に連結されている。導電プレート132、135は導体145を通じて直列に連結されている。このような配列は向上した磁場または電場が絶縁プレート140の領域147で要求される環境が考慮されれば、有利である。
【0022】
図7のような平面図である図8を参照することによって、また他の実施形態が理解され得る。この実施形態において、複数の導電プレートが図7に示した実施形態のように提供される。しかし、この実施形態において、高周波電力供給装置236a、236bが個別に提供される。電力供給装置236aはチューニング回路238aを通じて導電プレート235に連結される。電力供給装置236bは図7の実施形態と連係して先に説明したように各端子242、244を通じて導電プレート232及び導電コイル230に連結される。他の実施形態では、高周波電力供給装置236a、236bに各々連結されたチューニング回路238a、238bによってインピーダンス整合及び回路チューニングが提供される。このような配置は絶縁プレート240の特定領域が残留物の形成の影響を特に受け易い環境において有利であり、したがって、導電プレートのうちの一つまたは他方(232または235)の専用高周波電力供給装置は必要なレベルの電場の強度を提供することが望ましい。
【0023】
図9は本発明による328で表記されたプラズマコイルの他の実施形態の表面図を示す。この実施形態において、プラズマコイル328は導電プレート332に直列に連結された導電コイル330を含む。直列連結は導体334を通じて行われる。この実施形態において、導電プレート332は導電コイル330の下部に、すなわち、導電コイル330と下部の絶縁プレート340との間に置かれる。このような配列は導電プレート332の設置空間の選択時に、より多くの融通性を提供する。導電コイル330の一部分と導電プレート332の設置空間との間の重畳と関連してトレード−オフ(trade−off)が存在する。
【0024】
先の実施形態において、一つまたはそれ以上の導電プレートに直列に連結された導電コイルとして、単一の巻線コイルが使用される。しかし、重畳、または複数のコイルの配列が考慮され得る。そのような選択的な配列が図10に示されている。図10はまた他の実施形態による428で表記された、プラズマコイル428は導電プレート432と導電ブリッジまたはワイヤ433によって直列に連結された一対の重畳されたコイル430a、430bとを含む。コイル430a、430bは先に説明したように、絶縁プレート440上に置かれる。外部高周波電力供給装置(図示せず)との連結は端子442a、442bによって行われる。導電プレート432はここの他のところで説明したように構成される。
【0025】
先の実施形態のうちのいずれかにある導電プレートは導電物質で構成される。例えば、例示的な物質は、銅、白金、金、ステンレス鋼、これらの合金、または同様の物質を含む。薄膜構造も可能である。例示的な実施形態において、プレート32、132、232、332または432は銀がコーティングされた銅で構成される。例示的な実施形態において、導電プレート32、132、232、332または432は図11及び図12に示したような形を有するように構成される。
【0026】
【発明の効果】
上述のように、この分野に熟練した者はここに開示した多様な実施形態がプラズマコイルからの向上した電場の伝達のために提供されることがよく分かる。さらに均一な電場は結局、コイルに隣接して配置されるプラズマチャンバウィンドウの選択された領域のより向上したイオン衝突を発生させる。チャンバウィンドウ上の残留物の形成は遅くなり、結果的にチャンバ掃除の平均時間が長くなり、砕けた残留物のかけら及びウェハの表面上に置かれることによって生じるウェハ汚染の機能性が減る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の望ましい実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図2】 本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルを示す図面である。
【図3】 図2に示した本発明のプラズマコイルの平面図である。
【図4】 実線4−4に沿って切断した図3のプラズマコイルの断面図である。
【図5】 従来の技術によるプラズマコイル及び絶縁体ウィンドウの平面図である。
【図6】 図5のプラズマコイル及び絶縁体ウィンドウの底面図である。
【図7】 本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図8】 本発明の他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図9】 本発明のまた他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図10】 本発明のまた他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図11】 本発明の望ましい実施形態による導電プレートの形を示す平面図である。
【図12】 実線A−Aに沿って切断した図11の導電プレートの断面図である。
【符号の説明】
10 プラズマ装置
14 工程チャンバ
20 チャック
24,36,136,236a,236b 高周波電力供給装置
26 スイッチ
28,52,328,428 プラズマコイル
30,130,230,330 導電コイル
32,132,135,232,235,332,432 導電プレート
40,54,140,240,340,440 絶縁プレート
38,138,238a,238b チューニング回路
Claims (9)
- 絶縁プレートを有するチャンバと、
前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、
前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第1導電プレートと、
前記周辺部に配置され、前記第1導電プレートに直列連結された第2導電プレートと、
前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第1導電プレートとを電気的に直列接続する第1導電ブリッジと、
前記第1導電プレートと前記第2導電プレートとを電気的に直列連結する第2導電ブリッジと、
前記第2導電プレートに連結された高周波電力供給装置と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 絶縁プレートを有するチャンバと、
前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、
前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第1導電プレートと、
前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第1導電プレートとを電気的に直列接続する第1導電ブリッジと、
前記第1導電プレートに連結された第1高周波電力供給装置と、
前記周辺部に配置された第2導電プレートと、
前記第2導電プレートに連結された第2高周波電力供給装置と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記第1導電プレート、前記第2導電プレート及び前記導電コイルから発生する電気場によって前記絶縁プレートの下部のポリマー残留物を除去することを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1導電プレートから発生する、前記絶縁プレート下部の電気場は、前記中央空間部で大きく、前記導電コイルの前記周辺部で小さいことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記導電コイルと前記第1導電プレートは、同一な平面上に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1導電ブリッジは、前記第1導電プレートが形成される平面とは異なる平面に配置されて前記第1導電ブリッジの両端で前記第1導電プレートと前記導電コイルとに連結されることを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1導電プレートは、前記導電コイルの一部と互いに重なるように配置されることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 絶縁プレートを有するチャンバと、前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第1導電プレートと、前記周辺部に配置され、前記第1導電プレートに直列連結された第2導電プレートと、前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第1導電プレートとを電気的に直列接続する第1導電ブリッジと、前記第1導電プレートと前記第2導電プレートとを電気的に直列連結する第2導電ブリッジと、前記第2導電プレートに連結された高周波電力供給装置と、を含むプラズマ処理装置を提供する段階と、
前記チャンバ内にウェハを配置する段階と、
前記チャンバ内に気体を注入する段階と、
前記導電コイル、第1導電プレート及び第2導電プレートに高周波電力を供給することによって、前記チャンバ内にプラズマを励起させる段階と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 絶縁プレートを有するチャンバと、前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第1導電プレートと、前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第1導電プレートとを電気的に直列接続する第1導電ブリッジと、前記第1導電プレートに連結された第1高周波電力供給装置と、前記周辺部に配置された第2導電プレートと、
前記第2導電プレートに連結された第2高周波電力供給装置と、を含むプラズマ処理装置を提供する段階と、
前記チャンバ内にウェハを配置する段階と、
前記チャンバ内に気体を注入する段階と、
前記導電コイル、第1導電プレート及び第2導電プレートに高周波電力を供給することによって、前記チャンバ内にプラズマを励起させる段階と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
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