JP5047423B2

JP5047423B2 - Inductively coupled plasma etching system

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Publication number: JP5047423B2
Application number: JP2001095019A
Authority: JP
Inventors: 州中嶋
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2001345311A

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体の製造に関し、より詳しくは、プラズマエッチングチャンバの内部におけるプラズマの挙動を制御するための装置および方法に関する。
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、絶縁膜形成や拡散工程などとともに、エッチング工程が繰り返し行われる。当業者には周知のように、このエッチング工程としては、ウェットエッチングとドライエッチングの２種類があり、ドライエッチングは、例えば図１Ａに示すような誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて実施されるのが通常である。
【０００３】
図１Ａの誘導結合型プラズマエッチング装置では、まず、ガス入口（図示せず）からチャンバ２０内部に反応ガスが注入される。次に、電源部（図示せず）からコイル１７に高周波電力が印加される。半導体ウエハ１１は、チャンバ２０内にあるチャック１９に載置されている。コイル１７は、絶縁体で形成されたスペーサ１３によってチャンバ上部に保持されている。動作中、コイル１７を通過する高周波（ＲＦ）電流がチャンバ２０内に電磁電流を誘導し、その電磁電流が反応ガスに作用してプラズマを発生させる。
【０００４】
プラズマには各種ラジカルが含まれ、正・負イオンの化学反応が、半導体ウエハ１１それ自体や、ウエハ上に形成された絶縁膜などをエッチングするために使用される。エッチング工程中は、コイル１７が変圧器の一次側コイルに、チャンバ２０内のプラズマが変圧器の二次側コイルに相当する機能をそれぞれ果たす。そして、このようなエッチング工程で生成された反応生成物は、排気口１５から排気される。
【０００５】
しかし、近年開発されるようになった新しいデバイス用材料（プラチナ、ルテニウム等）をエッチングする場合は、不揮発性物質（例えばＲｕＯ２）が反応生成物として生成される。このような反応生成物は、ＴＣＰ窓１０の表面１０ａに付着してしまうことがある。そして、反応生成物が導電性の場合は、表面１０ａ上の反応生成物の膜が、チャンバ内の電磁電流を電気的にシールドしてしまう。すると、幾つかのウエハをエッチングした後に、プラズマをうまくヒットさせることが出来なくなり、結果としてエッチング工程を中断せざるをえない。
【０００６】
このような事態を回避するため、プラズマを使用して、ＴＣＰ窓１０の表面１０ａに付着した反応生成物をスパッタリングする方法が開発された。しかしながら、図１Ａに示される誘電結合型プラズマエッチング装置では、ＲＦ電流によって誘導された電磁電流によって、ＴＣＰ窓１０付近に定在波の電圧分布が生じる。これは、反応生成物のデポジションおよびスパッタリングを不均一にするため問題である。
【０００７】
図１Ｂおよび図１Ｃは、図１Ａの誘電結合型プラズマエッチング装置に固有な、ＴＣＰ窓上における不均一なデポジションおよびスパッタリングを示した図である。図１Ｂにおいて、コイル１７は、中に「×」または「●」を有したボックスの形で示されている。中に「×」を有したボックスは、そのコイルが紙面に入る方向に延びていることを示し、中に「●」を有したボックスは、そのコイルが紙面から出てくる方向に延びていることを示す。図１Ｂに示されるように、ＴＣＰ窓１０の表面１０ａには、過度のスパッタリングを受ける部分と、過度のデポジションを受ける部分とがある。過度のスパッタリングは、その位置の定在波による加速電圧の振幅が大きく、プラズマ内のイオンに比較的多量のエネルギが加えられる領域で生じる。図１Ｃ下部のグラフに示されるように、定在波２４の振幅は、図１Ｃ上部に示されるコイル１７の端部１７ａおよび１７ｂにそれぞれ相当する点２４ａおよび２４ｂで大きい。過度のデポジションは、定在波の振幅が小さく、プラズマ内のイオンに比較的少量のエネルギが加えられる領域で生じる。図１Ｃ下部のグラフに示されるように、定在波２４の振幅は、定在波の節である点２２に近い領域で小さい。
【０００８】
ＴＣＰ窓上における不均一なデポジションおよびスパッタリングが望ましくない原因として、多くの理由があげられる。過度のデポジションは、上述したように、ＴＣＰ窓の表面上における導電膜の存在がチャンバ内の電磁電流を電気的にシールドして、エッチング工程を不可能とするため、望ましくない。過度のデポジションはさらに、微粒子問題（微粒子がウエハ上に剥がれ落ちる）をしばしば引き起こし、チャンバがドライおよびウェットの洗浄を受ける際の周波数を増加させる。チャンバを頻繁に洗浄すると、ツールの可能なアップタイム（動作可能時間）が犠牲にされてスループットが低下するため、特に望ましくない。過度のスパッタリングは、通常は石英またはアルミナよりなるＴＣＰ窓が、イオンの照射によって腐食されるため望ましくない。このような腐食は、ＴＣＰ窓のライフタイムを短くするだけでなく、ウエハを汚染し不要な化学種を工程環境に誘導する微粒子も生成する。工程環境における不要な化学種の存在は、工程条件の再現性を低くするため特に望ましくない。
【０００９】
以上からわかるように、導電性の反応生成物が実質的に堆積されるのを、ＴＣＰ窓を過度に腐食することなく回避できるような、誘電結合型プラズマエッチング装置が必要とされている。
【００１０】
【発明の概要】
概して本発明は、プラズマが発生されるチャンバの壁付近において、プラズマ内のイオンに均一にエネルギを加えるような、誘電結合型プラズマエッチング装置を提供する。
【００１１】
本発明の１つの態様では、第１のタイプの誘電結合型プラズマエッチング装置を提供する。この誘電結合型プラズマエッチング装置は、チャンバと、チャンバ頂部の開口部を封止するための窓とを備える。窓は、チャンバの内部領域に露出した内面を有する。ファラデーシールドとして機能する金属板は、窓の上方に窓から離れて設置される。コイルは、窓の内面がスパッタリングされるのを最適に低減し、それと実質同時に、窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるの防ぐような、ピークトゥピーク電圧を生成するように構成された接続位置において、金属板に導電結合される。
【００１２】
１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置はさらに、ＲＦ電力を受信するためのコイル入力端と、コイル出力端とを備える。この実施形態では、コイル入力端とコイル出力端のあいだに接続位置が定義されている。１つの実施形態において、接続位置はコイル入力端よりコイル出力端に近い。１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置はさらに、ＲＦ電源と、ＲＦ電源とコイル入力端のあいだに結合された整合回路網と、接地位置とコイル出力端のあいだに結合された可変コンデンサとを備える。
【００１３】
１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置はさらに、金属板に結合された発振回路を備える。発振回路は、金属板上のピークトゥピーク電圧を調整できるように制御することが可能である。１つの実施形態において、発振回路は、調波点に沿ってピークトゥピーク電圧を制御するように調整することが可能な可変コンデンサを備える。別の実施形態において、誘電結合プラズマエッチング装置はさらに、金属板に結合された分圧回路を備える。分圧回路は、ピークトゥピーク電圧を調整できるように制御することが可能である。１つの実施形態において、分圧回路は、可変コンデンサの容量の増大にともなってピークトゥピーク電圧を減少させるような点に沿って、ピークトゥピーク電圧を制御するように調整することが可能な、可変コンデンサを備える。
【００１４】
１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置は、金属板とコイルとが取り付けられて構成されたチャンバの蓋を備える。チャンバの蓋は、その開閉を可能とするヒンジによって取り付けられる。閉位置にあるとき、チャンバの蓋は、操作に備えて金属板を窓の近くに配置する。
【００１５】
本発明の別の態様では、第２のタイプの誘電結合型プラズマエッチング装置を提供する。この誘電結合型プラズマエッチング装置は、チャンバと、チャンバ頂部の開口部を封止するための窓とを備える。窓は、チャンバの内部領域に露出した内面を有する。ファラデーシールドとして機能する金属板は、窓の上方に窓から離れて設置される。コイルは、金属板の上方に金属板から離れて設置される。この装置はまた、金属板に外部からピークトゥピーク電圧を印加するためのコントローラを備える。コントローラは、発振回路と、整合回路と、ＲＦ電源と、印加されたピークトゥピーク電圧をモニタリングするためのフィードバック制御とを備える。
【００１６】
１つの実施形態では、外部から印加されたピークトゥピーク電圧が調整可能であることにより、窓の内面がスパッタリングされるのを低減し、それと実質同時に窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるのを防ぐ。１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置はさらに、ＲＦ電力を受け入れるためのコイル入力端と、コイル出力端とを備える。１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置はさらに、ＲＦ電源と、ＲＦ電源とコイル入力端のあいだに結合された整合回路網と、接地位置とコイル出力端のあいだに結合された可変コンデンサとを備える。
【００１７】
１つの実施形態において、金属板は、誘電スペーサによって窓に接続されている。１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置は、金属板とコイルとが取り付けられて構成されたチャンバの蓋を備える。チャンバの蓋は、チャンバの蓋の開閉を可能とするヒンジによって取り付けられる。閉位置にあるとき、チャンバの蓋は、操作に備えて金属板を窓の近くに配置される。開位置にあるとき、チャンバの蓋は、窓の目視検査およびチャンバの点検に備えて金属板を窓から離して配置する。
【００１８】
本発明のさらに別の態様にしたがって、誘電結合型プラズマエッチング装置の動作を最適化する第１の方法を提供する。この方法では、ウエハをエッチングするためのチャンバが用意される。チャンバ頂部の開口部には、窓が取り付けられる。窓は、外面と、チャンバの内部領域に露出された内面とを備える。コイルは窓の上方に配置され、金属板は窓の外面の上方に配置される。金属板は、コイルと窓の外面とのあいだに両者から離れた状態で配置される。金属板は、コイル上の接続位置に導電接続される。接続位置は、窓の内面の近くにおいて実質的に均一な入射イオンエネルギを生成するように最適に選択された、入力端と出力端のあいだの位置である。実質的に均一な入射イオンエネルギは、窓の内面がスパッタリングされるのを低減し、それと実質同時に窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるのを防ぐように構成される。
【００１９】
本発明のさらにまた別の態様にしたがって、誘電結合型プラズマエッチング装置の動作を最適化する第２の方法を提供する。この方法では、ウエハをエッチングするためのチャンバが用意される。チャンバ頂部の開口部には、窓が取り付けられる。窓は、外面と、チャンバの内部領域に露出された内面とを備える。コイルは窓の上方に配置され、金属板は窓の外面の上方に配置される。金属板は、コイルと窓の外面とのあいだに両者から離れた状態で配置される。制御されたピークトゥピーク電圧を金属板に印加することによって、窓の内面近くに実質的に均一な入射イオンエネルギが生成される。実質的に均一な入射イオンエネルギは、窓の内面がスパッタリングされるのを低減し、それと実質同時に窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるのを防ぐように構成される。
【００２０】
本発明の装置および方法によって、数多くの利点がもたらされる。最も注目に値するのは、本発明の装置および方法によって、誘電結合型プラズマエッチングシステム内で、チャンバの上壁（例えばＴＣＰ窓）の内面上に例えばＲｕＯ₂等の導電性の反応生成物が堆積されるのを、均一に防げることである。この場合、わずか数枚のウエハを処理するたびにプラズマエッチング動作を停止して、チャンバの壁を洗浄する必要がないことから、近年になって開発された例えばＲｕ等のデバイス用材料をプラズマエッチングする際の、スループットを向上させることができる。また、本発明の装置および方法は、誘電結合型プラズマエッチングシステム内で、チャンバの上壁（例えばＴＣＰ窓）の内面がスパッタリングされるのを、均一に防ぐこともできる。この場合、微粒子の生成と、工程環境に不要な化学種の誘導とが回避されるため、工程状態の再現性を向上させることができる。
【００２１】
ここで、上述した発明の概要および以下に続く詳細な説明が、例示および説明のみを目的としており、添付した特許請求の範囲のように本発明の内容を限定するものではないことを、理解しておく必要がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の代表的な実施形態をいくつか取り上げ、添付した図面を参照にしながら詳細な説明を行なう。図１Ａ〜１Ｃに関しては、発明の背景ですでに議論済みである。
【００２３】
図２Ａは、本発明の１つの実施形態にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置を簡単に示した断面図である。図２Ａに示されるように、半導体ウエハ１１は、ハウジングの壁によって定義されるチャンバ１００内でそのハウジングの低部にある壁の近くに配置されたチャック１９上に載置される。コイル１１７は、絶縁体で形成されてよいスペーサ１３によって、チャンバ１００のＴＣＰ窓１０上に保持される。ＴＣＰ窓１０は石英で形成されることが好ましいが、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、およびシリコン（Ｓｉ）等の他の材料を使用してもよい。ＴＣＰ窓１０の主な役割は、チャンバを真空封止することである。１つの実施形態において、ＴＣＰ窓１０は、約２インチ（５．０８ｃｍ）〜約８インチ（２０．３２ｃｍ）の距離だけウエハ１１から離れており、約４インチ（１０．１６ｃｍ）〜約５インチ（１２．８ｃｍ）の距離だけ離れていることがより好ましい。動作中は、ガス入口（図示せず）からチャンバ１００の内部に反応ガスが注入される。次に、電源部（図示せず）からコイル１１７に高周波電力が印加される。コイル１１７を通過する高周波（ＲＦ）電流がチャンバ１００内に電磁電流を誘導し、その電磁電流が反応ガスに作用してプラズマを発生させる。
【００２４】
プラズマには各種ラジカルが含まれ、正・負イオンの化学反応が、半導体ウエハ１１それ自体や、ウエハ上に形成された絶縁膜などをエッチングするのに使用される。エッチング工程中は、コイル１１７が変圧器の一次側コイルに、チャンバ１００内のプラズマが変圧器の二次側コイルに相当する機能をそれぞれ果たす。このようなエッチング工程で生成された反応生成物が揮発性である場合は、その反応生成物は排気口１５から排気される。
【００２５】
コイル１１７とチャンバ１００のあいだには、ファラデーシールドとして機能する金属板２１７が設けられる。参照を容易にするため、以下では金属板２１７を「ファラデーシールド板」と称する場合もある。１つの実施形態において、金属板２１７は、コイル１１７とＴＣＰ窓１０のあいだで両者から離れた位置に、ＴＣＰ窓に実質的に平行に配置される。金属板２１７の厚さは約２０μｍ〜約１０ｍｍであることが好ましく、約５０μｍ〜約５ｍｍであることがより好ましい。１つの実施形態において、金属板２１７の厚さは約１．５ｍｍである。コネクタ２０７は、コイルの所定の位置で金属板２１７をコイル１１７に電気的に接続し、金属板２１７に印加される面内ＲＦ電圧（in-plane RF voltage）が均一であることを保証するように機能する。金属板２１７に印加される面内ＲＦ電圧が均一であるため、ＴＣＰ窓１０付近のプラズマには均一なエネルギが加えられる。この均一なエネルギ分布の結果として、反応生成物のデポジションおよびスパッタリングが均一に行われ、そうすることによって、ＴＣＰ窓１０上における反応生成物の望ましくない蓄積を、生じないようにするまたは実質的に排除することができる。
【００２６】
１つの実施形態において、コネクタ２０７は、金属板をコイル１１７の特定の位置に電気的に接続することによって、適切なＶｐｐ（ピークトゥピーク電圧）を金属板に印加する。金属板に均一にＶｐｐを印加して、プラズマ内のイオンを加速し、誘電結合型プラズマエッチング装置のチャンバの真空側壁に均一に衝突させることにより、そこに反応生成物が堆積されるのを防止する。１つの実施形態において、誘電結合型プラズマエッチング装置は、米国カリフォルニア州フリーモント市所在のラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能なＴＣＰ９４００ＰＴＸプラズマエッチング装置であり、加速されたイオンは、ＴＣＰ窓の真空側壁に均一に衝突することによって、そこに反応生成物が堆積されるのを防止する。代替の実施形態において、コネクタ２０７は、インピーダンス整合ボックスからコイルにいたる導体に、金属板を電気的に接続する。
【００２７】
図２Ｂおよび２Ｃは、本発明の１つの実施形態にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置によって達成される窓の均一なスパッタリングを示した図である。図２Ｂに示されるように、特定の工程にとって最適な位置においてコイル１１７に接続されるコネクタ２０７を通して、金属板２１７に適切なＶｐｐが印加されると、チャンバ１００内で、金属板２１７の表面全体に渡って均一な磁場が生成される。これらの均一な磁場は、チャンバ１００内に均一な電磁電流を誘導し、この誘導電流は、反応ガスに作用してプラズマを発生させる。誘導電流が金属板２１７の表面全体に渡って均一であるため、図２Ｃに示されるように、ＴＣＰ窓１０の表面１０ａに衝突する入射イオンのエネルギも均一である。
【００２８】
図３は、本発明の１つの実施形態にしたがった、ファラデーシールドとして機能する金属板および金属板をその場所に保持するためのコンポーネントの分解透視図である。図３に示されるように、金属板２１７は、ネジ２０５によって表にアタッチメントスペーサ１３が設けられたアタッチメントフレーム２０１の下側に固定される。アタッチメントフレーム２０１、アタッチメントスペーサ１３、およびネジ２０５は、任意の適切な絶縁体で形成されてよい。
【００２９】
外環２１１、内環２１３、および中央ディスク２１５は、ネジ２１９によってアタッチメントフレーム２０１に固定されており、任意の適切な絶縁体によって形成されてよい。外環２１１、内環２１３、および中央ディスク２１５は、誘電結合型プラズマエッチング装置の動作中に金属板２１７の形状を保持する。金属板２１７内には、複数の放射スロット２２１が形成されている。放射スロット２２１は、コイル１１７のセクションを横切るように延びることにより、導体である金属板２１７上に、電流から生成される内部の誘導電力が流れるのを妨げる。これが必要なのは、金属板２１７上を流れる電流が、コイル１１７（例えば図２Ａおよび図４を参照）とチャンバ１００（例えば図２Ａを参照）とを電気的にシールドするためである。
【００３０】
続けて図３を参照すると、コネクタ２０７が、金属板２１７とコイル１１７（例えば図２Ａおよび図４を参照）とを電気的に接続することがわかる。この接続には２つの金属製のネジ２０９が使用され、１つが金属板２１７をコネクタ２０７に接続し、もう１つがコイル１１７をコネクタ２０７に接続する。
【００３１】
図４は、本発明の１つの実施形態にしたがったコイルおよびコイルをその場所に保持するためのコンポーネントの分解透視図である。図４に示されるように、アタッチメントフレーム２０１およびアタッチメントスペーサ１３は、金属板２１７とコイル１１７のあいだに設けられている。十字型のコイル取付板３０５の４端は、支持バネハウジング３０１および金属ネジ３０３によって固定されて、コイル１１７の形状を保持する。図４に示されるように、コイル１１７のターン数は３である。コイル１１７には少なくとも１ターンが必要だが、用途ごとのニーズに合わせて任意の適切なターン数を有してもよい。
【００３２】
図３の説明と関連して上述したように、コネクタ２０７は、金属板２１７をコイル１１７に電気的に接続するものである。図４に示されるように、Ｕ字型スペーサ３０９は、コイル取付板３０５と、コイル１１７と、金属板２１７とを位置付ける。Ｕ字型スペーサ３０９は、金属製のネジ３０７によってコイル１１７に接続されている。１つの金属ネジ２０９が、Ｕ字型スペーサ３０９を通してコネクタ２０７をコイル１１７に電気的に接続し、もう１つの金属ネジ２０９が、コネクタ２０７を金属板２１７に電気的に接続する（図３を参照）。図４に示されるように、コイル１１７は、コイル入力端１１７ａとコイル出力端１１７ｂがともにコイル１１７の中心近くに配置されるように構成されている。特にコイル１１７は、コイル端部１１７ａ−１とコイル出力端１１７ｂとを備える。コイル延長部１１７ａ−２は、コイル端部１１７ａ−１をコイル延長部１１７ａ−４のコイル延長端１１７ａ−３に接続する。コイル入力端１１７ａは、コイル延長部１１７ａ−４のもう一端にある。当業者には明らかなように、このコイルの構成は、コイル入力端とコイル出力端がともにコイル１１７の中心近くに配置される必要がない状況では、図４に示される構成と異なってもよい。
【００３３】
図５は、ルテニウム（Ｒｕ）のエッチングでファラデーシールド板をコイルに接続する最適な位置を決定するために実施されるテストで使用される、装置および接続位置を示した概要図である。図５に示されるように、ＲＦ電源４００と、整合回路網４０２と、ＶＩプローブ４１２ａとが、コイル１１７のコイル入力端１１７ａに結合される。コイル１１７のコイル出力端１１７ｂには、接地された可変コンデンサ４０１およびＶＩプローブ４１２ｂが結合される。テスト中、例えばファラデーシールド板である金属板２１７が、コネクタ２０７によって位置Ａ、Ｂ、Ｃでコイル１１７に結合され、これらの各接続位置に関して、コイル入力端１１７ａおよびコイル出力端１１７ｂにおけるＶｐｐが、ＶＩプローブ４１２ａおよび４１２ｂによってそれぞれ測定される。また、各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して、金属板２１７のＶｐｐがＶＩプローブ４１２ｃによって測定される。ＶＩプローブ４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、ポリイミド等の誘電材料で分離された金属プローブと銅板等の金属板とを含む、容量性のプローブである。
【００３４】
図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃは、図５の各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して、金属板２１７、コイル入力端１１７ａ、およびコイル出力端１１７ｂで測定されたＶｐｐを、ＴＣＰ電力（パワー）の関数としてそれぞれ示したグラフである。図６Ａに示されるように、接続位置Ａ（出力の近く）に関して、金属板２１７のＶｐｐはＴＣＰ電力の増加にともなって著しく減少する。接続位置ＢおよびＣに関しては、金属板２１７のＶｐｐはＴＣＰ電力の増加にともなってわずかに増加する。図６Ｂに示されるように、各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して、コイル入力端１１７ａにおけるＶｐｐは、ＴＣＰ電力の増加にともなって著しく増加する。図６Ｃに示されるように、接続位置Ａに関して、コイル出力端１１７ｂにおけるＶｐｐは、ＴＣＰ電力の増加にともなってわずかに減少する。接続位置ＢおよびＣに関しては、コイル出力端１１７ｂにおけるＶｐｐは、ＴＣＰ電力の増加にともなって著しく増加する。
【００３５】
再び図６Ａを参照すると、接続位置Ａの場合の金属板２１７では、８００ワットに対して６７６ボルトのＶｐｐが得られたことがわかる。テスト中、ＴＣＰ窓はクリーンな状態で維持されたが、スパッタリングは過度に生じた。破損された石英製の窓にルテニウムのマイクロマスキングが観測されたが、これは、破損された石英製の窓を研磨された窓と取り換えることによって解決された。接続位置Ｂの場合は、８００ワットに対して４６４ボルトのＶｐｐが得られた。テスト中、ほぼ１ロットに相当するウエハがルテニウムエッチングを受けた後も、ＴＣＰ窓上でエッチング副生成物のデポジションは観測されなかった。接続位置Ｃの場合は、８００ワットに対して３７３ボルトのＶｐｐが得られた。テスト中、数枚のウエハをエッチングした後、ＴＣＰ窓上で軽いデポジションが観測された。したがって、上述したテスト結果から、ルテニウムエッチング工程では接続位置Ｂが接続位置ＡおよびＣより優れていることがわかる。
【００３６】
本発明のファラデーシールド板は、ＲＦピークトゥピーク電圧およびＲＦ整合が特定のエッチング方法に最適化されるような、単一工程のエッチング方法によく適している。しかしながら、ＲＦ電力、圧力、およびガス組成が実質的に異なっても良いような、例えば、ブレークスルー工程、バルクエッチング工程、オーバエッチング工程等の複数工程のエッチングを有した、他の多くのエッチング方法にも適している。したがって、所定のエッチング工程でファラデーシールド板上に設定されたＶｐｐの特定の設定値（例えば接続位置）が、他のエッチング工程にとっても最適とは限らない。さらに、エッチング工程ごとにエッチングチャンバのインピーダンスが異なるため、ＲＦを調整して様々なインピーダンスを満足させるのは困難である。複数のエッチング工程を有したエッチング方法では、石英製の窓上における材料のデポジションを実質的に排除する正しい接続点を選択するだけで、独立した各エッチング工程を最適化することが可能である。このような最適化は、図５との関連で上述した接続位置Ｂの選択と同様の方法で達成することができる。この例において、点Ａ、Ｂ、Ｃは、コイル出力端から約２５ｍｍ、コイル出力端から約８０ｍｍ、コイル出力端から約１４０ｍｍの位置でそれぞれ選択されている。当業者にとって当然明らかなように、これらの位置は、所定の材料をエッチングするのに使用される方法と、整合網要素の設定の組み合わせとに依存して変動可能である。
【００３７】
図７Ａは、本発明の１つの実施形態にしたがった、ファラデーシールド板のＶｐｐを外部から制御する発振回路を備えた誘電結合型プラズマエッチング装置の概要図である。図７Ａに示されるように、ＲＦ電源４００と、整合回路網４０２とが、コイル１１７のコイル入力端１１７ａに結合される。コイル１１７のコイル出力端１１７ｂには、接地された可変コンデンサ４０１が結合される。金属板２１７は、コイル１１７と、可変コンデンサ４０８および誘導子４０９を備えた発振回路を定義するシールドボックス４０６とに接続される。可変コンデンサ４０８と誘導子４０９は接地されている。この構成では、金属板２１７のＶｐｐを、発振回路の可変コンデンサの位置を調整することによって制御することができる。図７Ｂに示されるように、調波点では最大のＶｐｐが生じる。
【００３８】
図８Ａは、本発明の１つの実施形態にしたがった、ファラデーシールド板のＶｐｐを外部から制御する分圧回路を備えた誘電結合型プラズマエッチング装置の概要図である。図８Ａに示されるように、ＲＦ電源４００と、整合回路網４０２とが、コイル１１７のコイル入力端１１７ａに結合される。コイル１１７のコイル出力端１１７ｂには、接地された可変コンデンサ４０１が結合される。金属板２１７は、結合コンデンサ４１６ａと可変コンデンサ４１６ｂとを備えた分圧回路４１６を介してコイル１１７に接続される。金属板２１７は、結合コンデンサ４１６ａがコイル１１７と金属板のあいだに配置され、可変コンデンサ４１６ｂが金属板と接地位置のあいだに配置されるように、分圧回路４１６に接続される。この構成では、金属板２１７のＶｐｐを、分圧回路の可変コンデンサの位置を調整することによって制御することができる。図８Ｂに示されるように、Ｖｐｐは分圧回路の分圧比に比例する。
【００３９】
ファラデーシールド板のＶｐｐを外部から制御するための図７Ａおよび８Ａに示される構成は、簡単且つ安価なため望ましい。しかし一方では、これらの構成はＴＣＰの整合に影響を及ぼす可能性がある。この点に関して、図７Ａに示される構成は、図８Ａに示される構成よりＴＣＰ整合に及ぼす影響が少ない。
【００４０】
図９Ａは、本発明のさらに別の実施形態にしたがった、ファラデーシールド板が異なる周波数で駆動される誘電結合型プラズマエッチング装置の概略図である。図９Ａに示されるように、ＲＦ電源４００および整合回路網４０２が、コイル１１７のコイル入力端１１７ａに結合される。コイル１１７のコイル出力端１１７ｂには、接地された可変コンデンサ４０１が結合される。金属板２１７は、接続点４６２においてファラデーシールドドライバ４５０に結合される。ファラデーシールドドライバ４５０は基本的に、様々なＴＣＰ電力設定値において印加されるピークトゥピーク電圧のモニタリングと、コイル１１７の整合回路に依存することなく最適な性能を達成するためのオンザフライ（直接処理）調整と、を可能とするコントローラである。これは、この代表的な実施形態においてコイルと金属板との接続がなされないため真実である。図９Ａに示されるように、ファラデーシールドドライバ４５０は、整合回路４５２と、誘導子４５４および可変コンデンサ４５６を含んだ１３．５６ＭＨｚの発振回路と、ＲＦ電源４５８と、Ｖｐｐフィードバックループ４６０とを備える。
【００４１】
動作中は、接地されたＲＦ電源４５８からのＲＦ電力が金属板２１７に印加される。ＲＦ電力は、約５０ＫＨｚ〜約５０ＭＨｚの範囲にあることが好ましく、約１００ＫＨｚから１３．５６ＭＨｚを僅かに下回る範囲にあることがより好ましい。１つの実施形態において、ＲＦ電力は約２ＭＨｚである。金属板２１７に結合された１３．５６ＭＨｚの発振回路は、１３．５６ＭＨｚの視点から金属板を「接地する」ように機能する。別の言い方をすると、１３．５６ＭＨｚの発振回路は、ＲＦ電源４００によって金属板２１７に印加されたＲＦ電力からの割り込みをシャットアウトする。
【００４２】
Ｖｐｐフィードバック４６０は、外部のＶｐｐ値との比較のためにＲＦ電源４５８に戻されることが好ましい。この比較に基づいてＲＦ電源４５８を調整することにより、ファラデーシールド板に最適なレベルのＶｐｐを印加することができる。好ましい実施形態において、印加されたＶｐｐのモニタリングはコンピュータ制御のステーションによって制御することができる。コンピュータ制御のステーションは、テキスト表示、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）、または印刷出力によって、統計的な動作データをユーザに提供することができる。オペレータは、この統計データに基づいてさらなる調整を行うことにより、最適な性能を達成し、例えばＴＣＰ窓の内面等のチャンバ内壁上に副生成物が堆積されるのを、排除することができる。したがって、図９Ａの構成では、金属板に印加される低周波数のＲＦ電力を調整することによって、金属板２１７のＶｐｐを制御することができる。図９Ｂに示されるように、Ｖｐｐは、低周波数ＲＦ電力の増加にともなって増加する。したがって、この代表的な実施形態ではコイル１１７への固定接続点が不要である。
【００４３】
図１０は、ルテニウムエッチングのエッチング速度を、従来の誘電結合型プラズマエッチング装置で処理されたウエハ枚数と、コイルに結合されたファラデーシールド板を有する本発明にしたがった誘電結合プラズマエッチング装置で処理されたウエハ枚数の関数として、それぞれ示したグラフである。図１０に示されるように、従来の誘電結合型プラズマエッチング装置では、１５０枚のウエハが処理された後、ルテニウムエッチングのエッチング速度が約５０％低下する。これに対して、コイルに結合されたファラデーシールドを有する本発明にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置では、１５０枚のウエハが処理された後も、ルテニウムエッチングのエッチング速度は初期のエッチング速度と実質的に同じである。したがって、本発明のファラデーシールド板によって、高再現性のルテニウムエッチング速度がもたらされる。
【００４４】
また、本発明は、誘電結合型プラズマエッチング装置においてプラズマが発生されるチャンバを定義する壁の内面を制御する方法を開示する。この方法では、金属板がコイルに接触しないようにするため、高周波（ＲＦ）電力を受けるためのコイルと、チャンバ内で発生するプラズマとのあいだに、金属板が提供される。金属板には、上述したように、コイルを横切るように延びて且つコイルに電気的に接続された複数の金属スリットが形成されている。プラズマエッチング動作は、誘電結合型プラズマエッチング装置内で実施される。プラズマエッチング動作中は、金属板とプラズマのあいだに配置された壁の内面上における反応生成物のデポジションと、壁の内面からの反応生成物のスパッタリングとが、実質的に均一であるため、プラズマエッチング動作を不可能とするのに充分な量の反応生成物が、壁の内面上に蓄積することはない。１つの実施形態において、金属板とプラズマのあいだに配置される壁は、例えばＴＣＰ窓などのチャンバの上壁である。
【００４５】
本発明はさらに、誘電結合型プラズマエッチング装置の動作を最適化する方法を提供する。これらの方法では、ウエハをエッチングするためのチャンバが用意される。チャンバ頂部の開口部には、窓が取り付けられる。窓は、外面と、チャンバの内部領域に露出された内面とを備える。コイルは窓の上方に配置され、金属板は窓の外面の上方に配置される。金属板は、コイルと窓の外面とのあいだに両者から離れた状態で配置される。第１の最適化方法によると、金属板は、コイル上の接続位置に導電接続される。接続位置は、窓の内面の近くで実質的に均一な入射イオンエネルギを生成するように最適に選択された、入力端と出力端のあいだの位置である。実質的に均一な入射イオンエネルギは、窓の内面がスパッタリングされるのを低減し、それと実質同時に窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるのを防ぐように構成される。第２の最適化方法によると、窓の内面の近くで実質的に均一な入射イオンエネルギを生成するために、制御されたピークトゥピーク電圧が金属板に印加される。再び、実質的に均一な入射イオンエネルギは、窓の内面がスパッタリングされるのを低減し、それと実質同時に窓の内面上にエッチング副生成物が堆積されるのを防ぐように構成される。
【００４６】
本発明の誘電結合型プラズマエッチング装置は、不揮発性且つ導電性の反応生成物（例えばＲｕＯ₂）を生成する最近開発されたデバイス材料（例えばプラチナやルテニウム等）をプラズマエッチングするのによく適している。当業者には明らかなように、本発明の誘電結合型プラズマエッチングは、金属やポリシリコンなどの標準的な材料をプラズマエッチングするのに使用してもよい。金属やポリシリコンのプラズマエッチングでは、デポジションを均一化且つ最小化するようにＶｐｐが調整される。この方法では、クリーニング間の処理枚数（ＭＷＢＣ：mean wafer between clean）とＴＣＰ窓のライフタイムとが改善される。
【００４７】
当業者には明らかなように、本発明の装置および方法によって提供されるＶｐｐの正確な制御、およびその結果として得られるスパッタリングとデポジションとのバランスによって、微粒子および汚染、エッチングプロフィルの制御（プラズマおよびＴＣＰ窓からくる側壁でのデポジションを制御することによる）、エッチング選択性の制御、選択エッチングによる副生成物のデポジション等に関連した問題の低減を含む、他の多くの利点がもたらされる。選択エッチングによる副生成物のデポジションの場合は、ＴＣＰ窓の表面が比較的定温に維持されている状態でＶｐｐを調整することによって、特定の吸着率およびスパッタ率を有した材料をＴＣＰ窓上に捕獲し、エッチングを制御することができる。
【００４８】
まとめると、本発明は、誘電結合型エッチング装置の動作を最適化するための誘電結合型プラズマエッチング装置および方法を提供するものである。以上では、いくつかの実施形態の形で本発明を説明したが、当業者ならば、本発明の説明および実施形態をもとにして他の実施形態を考え出すことが可能である。例えば、ファラデーシールド板がコイルに接続される位置を、特定のエッチング工程を最適化するために本明細書で示され説明された代表的な位置から移動させてもよい。したがって、上述した実施形態および好ましい特徴は、添付された特許請求の範囲およびその等価物によって定義される本発明の範囲内における、例示的なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術による誘電結合型プラズマエッチング装置を簡単に示した断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの誘電結合型プラズマエッチング装置に固有な、ＴＣＰ窓上の不均一なデポジションおよびスパッタリングを示した概要図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示された誘電結合型プラズマエッチング装置におけるコイル上のＶｐｐを、コイルの長さの関数として示したグラフである。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置を簡単に示した断面図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置におけるプラズマの発生を、簡単に示した断面図である。
【図２Ｃ】本発明の１つの実施形態にしたがった誘電結合型プラズマエッチング装置によって得られる窓の均一なスパッタリングを、簡単に示した断面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態にしたがった、ファラデーシールドとして機能する金属板および金属板をその場所に保持するためのコンポーネントを示した分解透視図である。
【図４】本発明の１つにしたがった、コイルおよびコイルをその場所に保持するためのコンポーネントを示した分解透視図である。
【図５】ルテニウム（Ｒｕ）エッチングでファラデーシールド板をコイルに接続する最適な位置を決定するために実施されるテストで使用される、装置および接続位置の概要図である。
【図６Ａ】図５で示された各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して測定されたファラデーシールド板のＶｐｐを、ＴＣＰ電力の関数として示したグラフである。
【図６Ｂ】図５で示された各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して測定されたコイル入力端のＶｐｐを、ＴＣＰ電力の関数として示したグラフである。
【図６Ｃ】図５で示された各接続位置Ａ、Ｂ、Ｃに関して測定されたコイル出力端のＶｐｐを、ＴＣＰ電力の関数として示したグラフである。
【図７Ａ】本発明の１つの実施形態にしたがった、ファラデーシールド板のＶｐｐを外部から制御する発振回路を備えた誘電結合型プラズマエッチング装置の概要図である。
【図７Ｂ】Ｖｐｐを、図７Ａに示された誘電結合型プラズマエッチング装置における可変コンデンサの位置の関数として示したグラフである。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態にしたがった、ファラデーシールド板のＶｐｐを外部から制御する分圧回路を備えた誘電結合型プラズマエッチング装置の概要図である。
【図８Ｂ】Ｖｐｐを、図８Ａに示された誘電結合型プラズマエッチング装置における可変コンデンサの位置の関数として示したグラフである。
【図９Ａ】本発明のさらに別の実施形態にしたがった、ファラデーシールド板が様々な周波数で駆動される誘電結合型プラズマエッチング装置の概略図である。
【図９Ｂ】Ｖｐｐを、図９Ａに示された誘電結合型プラズマエッチング装置における低周波数ＲＦ電力の関数として示したグラフである。
【図１０】ルテニウムエッチングのエッチング速度を、従来の誘電結合型プラズマエッチング装置で処理されたウエハ枚数の関数、そして本発明にしたがった、コイルに結合されたファラデーシールド板を有した誘電結合プラズマエッチング装置で処理されたウエハ枚数の関数として、それぞれ示したグラフである。
【符号の説明】
１０…ＴＣＰの窓
１０ａ…ＴＣＰ窓の表面
１１…半導体ウエハ
１３…スペーサ
１５…排気口
１７…コイル
１７ａ、１７ｂ…コイルの端部
１９…チャック
２０…チャンバ
２２…定在波の節
２４…定在波
２４ａ、２４ｂ…定在波のうちコイルの端部に相当する点
１００…チャンバ
１１７…コイル
１１７ａ…コイル入力端
１１７ａ−１…コイル端部
１１７ａ−２…コイル延長部
１１７ａ−３…コイル延長端
１１７ａ−４…コイル延長部
１１７ｂ…コイル出力端
２０１…アタッチメントフレーム
２０５…ネジ
２０７…コネクタ
２０９…金属製のネジ
２１１…外環
２１３…内環
２１５…中央ディスク
２１７…金属板
２１９…ネジ
２２１…放射スロット
３０１…支持バネハウジング
３０３…金属製のネジ
３０５…コイル取付板
３０９…Ｕ字型スペーサ
４００…ＲＦ電源
４０１…可変コンデンサ
４０２…整合回路網
４０６…シールドボックス
４０８…可変コンデンサ
４０９…誘導子
４１２ａ…ＶＩプローブ
４１２ｂ…ＶＩプローブ
４１２ｃ…ＶＩプローブ
４１６…分圧回路
４１６ａ…結合コンデンサ
４１６ｂ…可変コンデンサ
４５０…ファラデーシールドドライバ
４５２…整合回路
４５４…誘電子
４５６…可変コンデンサ
４５８…ＲＦ電源
４６０…Ｖｐｐフィードバックループ
４６２…接続点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to semiconductor manufacturing, and more particularly to an apparatus and method for controlling plasma behavior within a plasma etching chamber.
[0002]
In the semiconductor manufacturing process, an etching process is repeatedly performed together with an insulating film formation and a diffusion process. As is well known to those skilled in the art, there are two types of etching processes, wet etching and dry etching. The dry etching is performed using, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus as shown in FIG. 1A. Is normal.
[0003]
In the inductively coupled plasma etching apparatus of FIG. 1A, first, a reactive gas is injected into the chamber 20 from a gas inlet (not shown). Next, high frequency power is applied to the coil 17 from a power supply unit (not shown). The semiconductor wafer 11 is placed on a chuck 19 in the chamber 20. The coil 17 is held at the upper part of the chamber by a spacer 13 formed of an insulator. During operation, a radio frequency (RF) current passing through the coil 17 induces an electromagnetic current in the chamber 20, which acts on the reaction gas to generate plasma.
[0004]
The plasma contains various radicals, and a chemical reaction between positive and negative ions is used to etch the semiconductor wafer 11 itself, an insulating film formed on the wafer, and the like. During the etching process, the coil 17 functions as a primary coil of the transformer, and the plasma in the chamber 20 functions as a secondary coil of the transformer. Then, the reaction product generated in such an etching process is exhausted from the exhaust port 15.
[0005]
However, when etching a new device material (platinum, ruthenium, etc.) that has recently been developed, a non-volatile substance (for example, RuO2) is generated as a reaction product. Such a reaction product may adhere to the surface 10 a of the TCP window 10. When the reaction product is conductive, the reaction product film on the surface 10a electrically shields the electromagnetic current in the chamber. Then, after etching several wafers, the plasma cannot be hit successfully, and as a result, the etching process must be interrupted.
[0006]
In order to avoid such a situation, a method has been developed in which a reaction product adhering to the surface 10a of the TCP window 10 is sputtered using plasma. However, in the inductively coupled plasma etching apparatus shown in FIG. 1A, a standing wave voltage distribution is generated in the vicinity of the TCP window 10 due to the electromagnetic current induced by the RF current. This is a problem because of non-uniform deposition and sputtering of the reaction product.
[0007]
FIGS. 1B and 1C are diagrams showing non-uniform deposition and sputtering on a TCP window inherent in the inductively coupled plasma etching apparatus of FIG. 1A. In FIG. 1B, the coil 17 is shown in the form of a box with “x” or “●” in it. A box with an “x” in it indicates that the coil extends in the direction of entering the paper, and a box with an “●” in it extends in the direction of the coil coming out of the paper. It shows that. As shown in FIG. 1B, the surface 10a of the TCP window 10 includes a portion that receives excessive sputtering and a portion that receives excessive deposition. Excessive sputtering occurs in a region where the acceleration voltage due to the standing wave at that position has a large amplitude and a relatively large amount of energy is applied to ions in the plasma. As shown in the graph in the lower part of FIG. 1C, the amplitude of the standing wave 24 is large at points 24a and 24b corresponding to the ends 17a and 17b of the coil 17 shown in the upper part of FIG. 1C. Excessive deposition occurs in regions where the standing wave amplitude is small and a relatively small amount of energy is applied to ions in the plasma. As shown in the graph at the bottom of FIG. 1C, the amplitude of the standing wave 24 is small in a region near the point 22 that is a node of the standing wave.
[0008]
There are a number of reasons why non-uniform deposition and sputtering on a TCP window is undesirable. Excessive deposition is undesirable because, as described above, the presence of the conductive film on the surface of the TCP window electrically shields the electromagnetic current in the chamber, making the etching process impossible. Excessive deposition further causes particulate problems (particulates flake off the wafer) and increases the frequency at which the chamber undergoes dry and wet cleaning. Frequent cleaning of the chamber is particularly undesirable because it reduces throughput by sacrificing the possible uptime of the tool. Excessive sputtering is undesirable because the TCP window, usually made of quartz or alumina, is corroded by ion irradiation. Such corrosion not only shortens the lifetime of the TCP window, but also generates particulates that contaminate the wafer and induce unwanted chemical species into the process environment. The presence of unwanted chemical species in the process environment is particularly undesirable because it reduces the reproducibility of the process conditions.
[0009]
As can be seen from the above, there is a need for an inductively coupled plasma etching apparatus that can avoid substantially depositing conductive reaction products without excessive corrosion of the TCP window.
[0010]
Summary of the Invention
In general, the present invention provides an inductively coupled plasma etching apparatus that uniformly energizes ions within the plasma near the walls of the chamber in which the plasma is generated.
[0011]
In one aspect of the present invention, a first type inductively coupled plasma etching apparatus is provided. This inductively coupled plasma etching apparatus includes a chamber and a window for sealing an opening at the top of the chamber. The window has an inner surface exposed to the interior region of the chamber. A metal plate that functions as a Faraday shield is placed above the window and away from the window. The coil is configured to generate a peak-to-peak voltage that optimally reduces the window's inner surface from being sputtered and substantially simultaneously prevents etching byproducts from being deposited on the window's inner surface. At the connected position, it is conductively coupled to the metal plate.
[0012]
In one embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus further includes a coil input end for receiving RF power and a coil output end. In this embodiment, a connection position is defined between the coil input end and the coil output end. In one embodiment, the connection position is closer to the coil output end than the coil input end. In one embodiment, the inductively coupled plasma etcher further includes an RF power source, a matching network coupled between the RF power source and the coil input, and a variable capacitor coupled between the ground location and the coil output. With.
[0013]
In one embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus further includes an oscillation circuit coupled to a metal plate. The oscillation circuit can be controlled so that the peak-to-peak voltage on the metal plate can be adjusted. In one embodiment, the oscillator circuit comprises a variable capacitor that can be adjusted to control the peak-to-peak voltage along the harmonic point. In another embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus further comprises a voltage divider circuit coupled to the metal plate. The voltage dividing circuit can be controlled so that the peak-to-peak voltage can be adjusted. In one embodiment, the voltage divider circuit can be adjusted to control the peak-to-peak voltage along a point that reduces the peak-to-peak voltage as the capacitance of the variable capacitor increases. A variable capacitor is provided.
[0014]
In one embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus includes a chamber lid configured by attaching a metal plate and a coil. The chamber lid is attached by a hinge that allows it to open and close. When in the closed position, the chamber lid places the metal plate near the window in preparation for operation.
[0015]
In another aspect of the present invention, a second type inductively coupled plasma etching apparatus is provided. This inductively coupled plasma etching apparatus includes a chamber and a window for sealing an opening at the top of the chamber. The window has an inner surface exposed to the interior region of the chamber. A metal plate that functions as a Faraday shield is placed above the window and away from the window. The coil is installed above the metal plate and away from the metal plate. The apparatus also includes a controller for applying a peak-to-peak voltage to the metal plate from the outside. The controller includes an oscillation circuit, a matching circuit, an RF power source, and feedback control for monitoring the applied peak-to-peak voltage.
[0016]
In one embodiment, the externally applied peak-to-peak voltage can be adjusted to reduce sputtering of the inner surface of the window, and an etching byproduct is deposited on the inner surface of the window substantially simultaneously. Is prevented. In one embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus further includes a coil input end for receiving RF power and a coil output end. In one embodiment, the inductively coupled plasma etcher further includes an RF power source, a matching network coupled between the RF power source and the coil input, and a variable capacitor coupled between the ground location and the coil output. With.
[0017]
In one embodiment, the metal plate is connected to the window by a dielectric spacer. In one embodiment, the inductively coupled plasma etching apparatus includes a chamber lid configured by attaching a metal plate and a coil. The chamber lid is attached by a hinge that allows the chamber lid to be opened and closed. When in the closed position, the chamber lid is placed with the metal plate near the window in preparation for operation. When in the open position, the chamber lid places the metal plate away from the window in preparation for visual inspection of the window and inspection of the chamber.
[0018]
In accordance with yet another aspect of the present invention, a first method for optimizing the operation of an inductively coupled plasma etching apparatus is provided. In this method, a chamber is provided for etching a wafer. A window is attached to the opening at the top of the chamber. The window includes an outer surface and an inner surface exposed to an interior region of the chamber. The coil is disposed above the window, and the metal plate is disposed above the outer surface of the window. The metal plate is disposed between the coil and the outer surface of the window in a state of being separated from both. The metal plate is conductively connected to a connection position on the coil. The connection position is the position between the input and output ends that is optimally selected to produce substantially uniform incident ion energy near the inner surface of the window. The substantially uniform incident ion energy is configured to reduce sputtering of the inner surface of the window and to prevent deposition of etching byproducts on the inner surface of the window substantially simultaneously.
[0019]
In accordance with yet another aspect of the present invention, a second method for optimizing the operation of an inductively coupled plasma etching apparatus is provided. In this method, a chamber is provided for etching a wafer. A window is attached to the opening at the top of the chamber. The window includes an outer surface and an inner surface exposed to an interior region of the chamber. The coil is disposed above the window, and the metal plate is disposed above the outer surface of the window. The metal plate is disposed between the coil and the outer surface of the window in a state of being separated from both. By applying a controlled peak-to-peak voltage to the metal plate, substantially uniform incident ion energy is generated near the inner surface of the window. The substantially uniform incident ion energy is configured to reduce sputtering of the inner surface of the window and to prevent deposition of etching byproducts on the inner surface of the window substantially simultaneously.
[0020]
The apparatus and method of the present invention provides a number of advantages. Most notably, the apparatus and method of the present invention provides, for example, RuO on the inner surface of the chamber top wall (eg, TCP window) in a dielectric coupled plasma etching system. ₂ It is possible to uniformly prevent the deposition of conductive reaction products such as the like. In this case, it is not necessary to stop the plasma etching operation every time a few wafers are processed, and to clean the chamber walls. Therefore, for example, a device material such as Ru developed in recent years is plasma etched. Throughput can be improved. The apparatus and method of the present invention can also uniformly prevent the inner surface of the upper wall (eg, TCP window) of the chamber from being sputtered in the inductively coupled plasma etching system. In this case, since the generation of fine particles and the induction of chemical species unnecessary for the process environment are avoided, the reproducibility of the process state can be improved.
[0021]
It is understood that the summary of the invention described above and the following detailed description are for purposes of illustration and description only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the appended claims. It is necessary to keep.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, some representative embodiments of the present invention will be taken up and described in detail with reference to the accompanying drawings. 1A-1C has already been discussed in the background of the invention.
[0023]
FIG. 2A is a simplified cross-sectional view of an inductively coupled plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, the semiconductor wafer 11 is placed on a chuck 19 located in the chamber 100 defined by the wall of the housing, near the wall at the bottom of the housing. The coil 117 is held on the TCP window 10 of the chamber 100 by a spacer 13 that may be formed of an insulator. The TCP window 10 is preferably made of quartz, but alumina (Al ₂ O _Three ), Silicon nitride (Si _Three N _Four ), Aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and silicon (Si) may be used. The main role of the TCP window 10 is to vacuum seal the chamber. In one embodiment, the TCP window 10 is separated from the wafer 11 by a distance of about 2 inches (5.08 cm) to about 8 inches (20.32 cm), and about 4 inches (10.16 cm) to about 5 inches. More preferably, they are separated by a distance of (12.8 cm). During operation, a reaction gas is injected into the chamber 100 from a gas inlet (not shown). Next, high frequency power is applied to the coil 117 from a power supply unit (not shown). A radio frequency (RF) current passing through the coil 117 induces an electromagnetic current in the chamber 100, which acts on the reaction gas to generate plasma.
[0024]
The plasma contains various radicals, and a chemical reaction of positive and negative ions is used to etch the semiconductor wafer 11 itself and an insulating film formed on the wafer. During the etching process, the coil 117 functions as a primary coil of the transformer, and the plasma in the chamber 100 functions as a secondary coil of the transformer. When the reaction product generated in such an etching process is volatile, the reaction product is exhausted from the exhaust port 15.
[0025]
A metal plate 217 that functions as a Faraday shield is provided between the coil 117 and the chamber 100. For ease of reference, the metal plate 217 may be referred to as a “Faraday shield plate” below. In one embodiment, the metal plate 217 is disposed substantially parallel to the TCP window at a position between the coil 117 and the TCP window 10 away from both. The thickness of the metal plate 217 is preferably about 20 μm to about 10 mm, and more preferably about 50 μm to about 5 mm. In one embodiment, the thickness of the metal plate 217 is about 1.5 mm. The connector 207 electrically connects the metal plate 217 to the coil 117 at a predetermined position of the coil so as to ensure that the in-plane RF voltage applied to the metal plate 217 is uniform. To work. Since the in-plane RF voltage applied to the metal plate 217 is uniform, uniform energy is applied to the plasma near the TCP window 10. As a result of this uniform energy distribution, the deposition and sputtering of the reaction product is performed uniformly, thereby avoiding or substantially preventing unwanted accumulation of reaction product on the TCP window 10. Can be eliminated.
[0026]
In one embodiment, the connector 207 applies an appropriate Vpp (peak-to-peak voltage) to the metal plate by electrically connecting the metal plate to a specific location of the coil 117. By uniformly applying Vpp to the metal plate, the ions in the plasma are accelerated and collide with the vacuum side wall of the chamber of the inductively coupled plasma etching apparatus, thereby preventing reaction products from being deposited there. To do. In one embodiment, the inductively coupled plasma etcher is a TCP 9400 PTX plasma etcher available from Lam Research Corporation, Fremont, California, USA, where the accelerated ions are a vacuum in the TCP window. By uniformly colliding with the side walls, reaction products are prevented from being deposited there. In an alternative embodiment, the connector 207 electrically connects the metal plate to a conductor from the impedance matching box to the coil.
[0027]
2B and 2C are diagrams illustrating uniform sputtering of a window achieved by an inductively coupled plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2B, when an appropriate Vpp is applied to the metal plate 217 through a connector 207 that is connected to the coil 117 at a position optimal for a particular process, the entire surface of the metal plate 217 is formed in the chamber 100. A uniform magnetic field is generated over the entire area. These uniform magnetic fields induce a uniform electromagnetic current in the chamber 100, which acts on the reaction gas to generate a plasma. Since the induced current is uniform over the entire surface of the metal plate 217, the energy of incident ions that collide with the surface 10a of the TCP window 10 is also uniform, as shown in FIG. 2C.
[0028]
FIG. 3 is an exploded perspective view of a metal plate functioning as a Faraday shield and components for holding the metal plate in place according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the metal plate 217 is fixed to the lower side of the attachment frame 201 provided with the attachment spacer 13 on the front surface by screws 205. The attachment frame 201, the attachment spacer 13, and the screw 205 may be formed of any appropriate insulator.
[0029]
The outer ring 211, the inner ring 213, and the central disk 215 are fixed to the attachment frame 201 with screws 219, and may be formed of any appropriate insulator. The outer ring 211, the inner ring 213, and the central disk 215 retain the shape of the metal plate 217 during the operation of the inductively coupled plasma etching apparatus. A plurality of radiation slots 221 are formed in the metal plate 217. The radiating slot 221 extends across the section of the coil 117, thereby preventing the internal inductive power generated from the current from flowing on the metal plate 217 that is a conductor. This is necessary because the current flowing on the metal plate 217 electrically shields the coil 117 (see, eg, FIGS. 2A and 4) and the chamber 100 (see, eg, FIG. 2A).
[0030]
With continued reference to FIG. 3, it can be seen that the connector 207 electrically connects the metal plate 217 and the coil 117 (see, eg, FIGS. 2A and 4). For this connection, two metal screws 209 are used, one connecting the metal plate 217 to the connector 207 and the other connecting the coil 117 to the connector 207.
[0031]
FIG. 4 is an exploded perspective view of a coil and components for holding the coil in place according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the attachment frame 201 and the attachment spacer 13 are provided between the metal plate 217 and the coil 117. The four ends of the cross-shaped coil mounting plate 305 are fixed by the support spring housing 301 and the metal screw 303 to maintain the shape of the coil 117. As shown in FIG. 4, the number of turns of the coil 117 is three. The coil 117 requires at least one turn, but may have any suitable number of turns to meet the needs of each application.
[0032]
As described above in connection with the description of FIG. 3, the connector 207 electrically connects the metal plate 217 to the coil 117. As shown in FIG. 4, the U-shaped spacer 309 positions the coil attachment plate 305, the coil 117, and the metal plate 217. The U-shaped spacer 309 is connected to the coil 117 by a metal screw 307. One metal screw 209 electrically connects the connector 207 to the coil 117 through the U-shaped spacer 309, and another metal screw 209 electrically connects the connector 207 to the metal plate 217 (see FIG. 3). ). As shown in FIG. 4, the coil 117 is configured such that both the coil input end 117 a and the coil output end 117 b are disposed near the center of the coil 117. In particular, the coil 117 includes a coil end portion 117a-1 and a coil output end 117b. The coil extension portion 117a-2 connects the coil end portion 117a-1 to the coil extension end 117a-3 of the coil extension portion 117a-4. The coil input end 117a is at the other end of the coil extension 117a-4. As will be apparent to those skilled in the art, this coil configuration may differ from the configuration shown in FIG. 4 in situations where both the coil input end and the coil output end need not be located near the center of the coil 117. .
[0033]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the equipment and connection locations used in the tests performed to determine the optimal location for connecting the Faraday shield plate to the coil by ruthenium (Ru) etching. As shown in FIG. 5, an RF power source 400, a matching network 402, and a VI probe 412a are coupled to the coil input end 117a of the coil 117. A grounded variable capacitor 401 and a VI probe 412b are coupled to the coil output end 117b of the coil 117. During the test, for example, a metal plate 217, which is a Faraday shield plate, is coupled to the coil 117 at positions A, B, and C by the connector 207. For each of these connection positions, Vpp at the coil input end 117a and the coil output end 117b is Measured by VI probes 412a and 412b, respectively. Further, for each connection position A, B, C, Vpp of the metal plate 217 is measured by the VI probe 412c. The VI probes 412a, 412b, and 412c are capacitive probes including a metal probe separated by a dielectric material such as polyimide and a metal plate such as a copper plate.
[0034]
6A, 6B, and 6C show the connection positions A, B, C Are Vpp measured at the metal plate 217, the coil input end 117a, and the coil output end 117b, respectively, as a function of TCP power. As shown in FIG. 6A, with respect to the connection position A (near the output), the Vpp of the metal plate 217 decreases significantly as the TCP power increases. Regarding the connection positions B and C, Vpp of the metal plate 217 slightly increases as the TCP power increases. As shown in FIG. 6B, for each connection position A, B, C, Vpp at the coil input end 117a significantly increases as the TCP power increases. As shown in FIG. 6C, with respect to the connection position A, Vpp at the coil output end 117b slightly decreases as the TCP power increases. Regarding the connection positions B and C, Vpp at the coil output end 117b significantly increases as the TCP power increases.
[0035]
Referring again to FIG. 6A, it can be seen that the metal plate 217 in the connection position A obtained Vpp of 676 volts for 800 watts. During the test, the TCP window was kept clean, but sputtering was excessive. Ruthenium micromasking was observed in the broken quartz window, which was resolved by replacing the broken quartz window with a polished window. For connection position B, a Vpp of 464 volts for 800 watts was obtained. During the test, no etching by-product deposition was observed on the TCP window even after the wafer corresponding to approximately one lot was subjected to ruthenium etching. For connection position C, a Vpp of 373 volts was obtained for 800 watts. During the test, light deposition was observed on the TCP window after etching several wafers. Therefore, it can be seen from the test results described above that the connection position B is superior to the connection positions A and C in the ruthenium etching process.
[0036]
The Faraday shield plate of the present invention is well suited for single-step etching methods where RF peak-to-peak voltage and RF matching are optimized for a particular etching method. However, many other etching methods that have multiple steps of etching, such as breakthrough, bulk etching, overetching, etc., such that the RF power, pressure, and gas composition may be substantially different Also suitable for. Therefore, a specific set value (for example, connection position) of Vpp set on the Faraday shield plate in a predetermined etching process is not necessarily optimal for other etching processes. Furthermore, since the impedance of the etching chamber differs for each etching process, it is difficult to adjust RF and satisfy various impedances. In an etching method with multiple etching steps, it is possible to optimize each independent etching step by simply selecting the correct connection point that substantially eliminates material deposition on the quartz window. . Such optimization can be achieved in a manner similar to the selection of connection position B described above in connection with FIG. In this example, the points A, B, and C are selected at positions of about 25 mm from the coil output end, about 80 mm from the coil output end, and about 140 mm from the coil output end, respectively. As will be appreciated by those skilled in the art, these locations can vary depending on the method used to etch a given material and the combination of matching network element settings.
[0037]
FIG. 7A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus including an oscillation circuit that externally controls Vpp of a Faraday shield plate according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7A, an RF power source 400 and a matching network 402 are coupled to the coil input end 117a of the coil 117. A grounded variable capacitor 401 is coupled to the coil output end 117 b of the coil 117. The metal plate 217 is connected to a coil 117 and a shield box 406 that defines an oscillation circuit including a variable capacitor 408 and an inductor 409. The variable capacitor 408 and the inductor 409 are grounded. In this configuration, Vpp of the metal plate 217 can be controlled by adjusting the position of the variable capacitor of the oscillation circuit. As shown in FIG. 7B, the maximum Vpp occurs at the harmonic point.
[0038]
FIG. 8A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus having a voltage dividing circuit for controlling Vpp of a Faraday shield plate from the outside according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8A, the RF power source 400 and the matching network 402 are coupled to the coil input 117a of the coil 117. A grounded variable capacitor 401 is coupled to the coil output end 117 b of the coil 117. The metal plate 217 is connected to the coil 117 via a voltage dividing circuit 416 including a coupling capacitor 416a and a variable capacitor 416b. The metal plate 217 is connected to the voltage dividing circuit 416 such that the coupling capacitor 416a is disposed between the coil 117 and the metal plate, and the variable capacitor 416b is disposed between the metal plate and the ground position. In this configuration, Vpp of the metal plate 217 can be controlled by adjusting the position of the variable capacitor of the voltage dividing circuit. As shown in FIG. 8B, Vpp is proportional to the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit.
[0039]
The configuration shown in FIGS. 7A and 8A for controlling the Vpp of the Faraday shield plate from the outside is desirable because it is simple and inexpensive. However, on the other hand, these configurations can affect TCP alignment. In this regard, the configuration shown in FIG. 7A has less impact on TCP matching than the configuration shown in FIG. 8A.
[0040]
FIG. 9A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus in which a Faraday shield plate is driven at different frequencies according to yet another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9A, an RF power source 400 and a matching network 402 are coupled to the coil input 117a of the coil 117. A grounded variable capacitor 401 is coupled to the coil output end 117 b of the coil 117. Metal plate 217 is coupled to Faraday shield driver 450 at connection point 462. The Faraday shield driver 450 basically monitors the peak-to-peak voltage applied at various TCP power settings and on-the-fly (direct processing) to achieve optimal performance without relying on the coil 117 matching circuit. It is a controller that enables adjustment. This is true because the coil and metal plate are not connected in this exemplary embodiment. As shown in FIG. 9A, the Faraday shield driver 450 includes a matching circuit 452, a 13.56 MHz oscillation circuit including an inductor 454 and a variable capacitor 456, an RF power supply 458, and a Vpp feedback loop 460.
[0041]
During operation, RF power from a grounded RF power source 458 is applied to the metal plate 217. The RF power is preferably in the range of about 50 KHz to about 50 MHz, and more preferably in the range of about 100 KHz to slightly below 13.56 MHz. In one embodiment, the RF power is about 2 MHz. The 13.56 MHz oscillator circuit coupled to the metal plate 217 functions to “ground” the metal plate from the 13.56 MHz viewpoint. In other words, the 13.56 MHz oscillator circuit shuts out an interrupt from the RF power applied to the metal plate 217 by the RF power source 400.
[0042]
Vpp feedback 460 is preferably returned to RF power supply 458 for comparison with an external Vpp value. By adjusting the RF power source 458 based on this comparison, an optimum level of Vpp can be applied to the Faraday shield plate. In a preferred embodiment, the monitoring of the applied Vpp can be controlled by a computer controlled station. A computer controlled station can provide statistical operational data to the user by text display, graphical user interface (GUI), or printed output. The operator can make further adjustments based on this statistical data to achieve optimal performance and eliminate the deposition of by-products on the chamber inner wall, such as the inner surface of the TCP window. Therefore, in the configuration of FIG. 9A, the Vpp of the metal plate 217 can be controlled by adjusting the low-frequency RF power applied to the metal plate. As shown in FIG. 9B, Vpp increases with increasing low frequency RF power. Thus, in this exemplary embodiment, a fixed connection point to the coil 117 is not required.
[0043]
FIG. 10 shows the etching rate of ruthenium etching processed by a dielectric coupled plasma etching apparatus according to the present invention having the number of wafers processed by a conventional dielectric coupled plasma etching apparatus and a Faraday shield plate coupled to a coil. FIG. 5 is a graph showing each as a function of the number of wafers. As shown in FIG. 10, in the conventional inductively coupled plasma etching apparatus, after 150 wafers are processed, the etching rate of ruthenium etching is reduced by about 50%. In contrast, in the inductively coupled plasma etching apparatus according to the present invention having a Faraday shield coupled to a coil, the etching rate of ruthenium etching is substantially equal to the initial etching rate even after 150 wafers have been processed. Are the same. Thus, the Faraday shield plate of the present invention provides a highly reproducible ruthenium etch rate.
[0044]
The present invention also discloses a method for controlling the inner surface of a wall defining a chamber in which plasma is generated in an inductively coupled plasma etching apparatus. In this method, a metal plate is provided between a coil for receiving radio frequency (RF) power and a plasma generated in the chamber to prevent the metal plate from contacting the coil. As described above, a plurality of metal slits extending across the coil and electrically connected to the coil are formed in the metal plate. The plasma etching operation is performed in an inductively coupled plasma etching apparatus. During the plasma etching operation, the deposition of the reaction product on the inner surface of the wall located between the metal plate and the plasma and the sputtering of the reaction product from the inner surface of the wall are substantially uniform, A sufficient amount of reaction product does not accumulate on the inner surface of the wall to render the plasma etch operation impossible. In one embodiment, the wall disposed between the metal plate and the plasma is the upper wall of the chamber, such as a TCP window.
[0045]
The present invention further provides a method for optimizing the operation of the inductively coupled plasma etching apparatus. In these methods, a chamber for etching a wafer is provided. A window is attached to the opening at the top of the chamber. The window includes an outer surface and an inner surface exposed to an interior region of the chamber. The coil is disposed above the window, and the metal plate is disposed above the outer surface of the window. The metal plate is disposed between the coil and the outer surface of the window in a state of being separated from both. According to the first optimization method, the metal plate is conductively connected to a connection position on the coil. The connection location is the location between the input and output ends that is optimally selected to produce substantially uniform incident ion energy near the inner surface of the window. The substantially uniform incident ion energy is configured to reduce sputtering of the inner surface of the window and to prevent deposition of etching byproducts on the inner surface of the window substantially simultaneously. According to a second optimization method, a controlled peak-to-peak voltage is applied to the metal plate to produce substantially uniform incident ion energy near the inner surface of the window. Again, the substantially uniform incident ion energy is configured to reduce sputtering of the inner surface of the window and to prevent deposition of etching byproducts on the inner surface of the window substantially simultaneously.
[0046]
The inductively coupled plasma etching apparatus of the present invention is a nonvolatile and conductive reaction product (for example, RuO ₂ Recently developed device materials that produce (e.g. platinum, ruthenium, etc.) are well suited for plasma etching. As will be apparent to those skilled in the art, the inductively coupled plasma etch of the present invention may be used to plasma etch standard materials such as metal and polysilicon. In plasma etching of metal or polysilicon, Vpp is adjusted so that the deposition is uniform and minimized. This method improves the number of processed wafers (MWBC: mean wafer between clean) and the lifetime of the TCP window.
[0047]
As will be apparent to those skilled in the art, the precise control of Vpp provided by the apparatus and method of the present invention, and the resulting balance of sputtering and deposition, allows control of particulates and contamination, etching profiles (plasma). And many other benefits, including control of etch selectivity, reduction of problems associated with by-product deposition by selective etching, etc. . In the case of deposition of by-products by selective etching, a material having a specific adsorption rate and sputtering rate is adjusted on the TCP window by adjusting Vpp while the surface of the TCP window is maintained at a relatively constant temperature. Capture and control the etching.
[0048]
In summary, the present invention provides an inductively coupled plasma etching apparatus and method for optimizing the operation of the inductively coupled etching apparatus. Although the present invention has been described in the form of several embodiments, other embodiments can be devised by those skilled in the art based on the description and embodiments of the present invention. For example, the position where the Faraday shield plate is connected to the coil may be moved from the representative positions shown and described herein to optimize the particular etching process. Accordingly, the above-described embodiments and preferred features are exemplary within the scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a dielectric coupled plasma etching apparatus according to the prior art.
1B is a schematic diagram illustrating non-uniform deposition and sputtering on a TCP window inherent in the inductively coupled plasma etching apparatus of FIG. 1A.
FIG. 1C is a graph showing Vpp on a coil as a function of coil length in the inductively coupled plasma etching apparatus shown in FIG. 1A.
FIG. 2A is a simplified cross-sectional view of an inductively coupled plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a cross-sectional view that briefly illustrates the generation of plasma in an inductively coupled plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2C is a simplified cross-sectional view of uniform sputtering of a window obtained by an inductively coupled plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a metal plate functioning as a Faraday shield and components for holding the metal plate in place according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a coil and components for holding the coil in place according to one of the present inventions.
FIG. 5 is a schematic diagram of the equipment and connection locations used in tests performed to determine the optimal location for connecting a Faraday shield plate to a coil with ruthenium (Ru) etching.
6A is a graph showing the Vpp of the Faraday shield plate measured for each connection position A, B, C shown in FIG. 5 as a function of TCP power. FIG.
6B is a graph showing the coil input Vpp as a function of TCP power measured for each connection position A, B, C shown in FIG. 5;
6C is a graph showing the coil output Vpp measured for each connection position A, B, C shown in FIG. 5 as a function of TCP power.
FIG. 7A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus including an oscillation circuit that externally controls Vpp of a Faraday shield plate according to one embodiment of the present invention.
7B is a graph showing Vpp as a function of the position of the variable capacitor in the inductively coupled plasma etching apparatus shown in FIG. 7A.
FIG. 8A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus having a voltage dividing circuit for controlling Vpp of a Faraday shield plate from the outside according to another embodiment of the present invention.
8B is a graph showing Vpp as a function of variable capacitor position in the inductively coupled plasma etching apparatus shown in FIG. 8A.
FIG. 9A is a schematic diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus in which a Faraday shield plate is driven at various frequencies according to yet another embodiment of the present invention.
9B is a graph showing Vpp as a function of low frequency RF power in the inductively coupled plasma etching apparatus shown in FIG. 9A.
FIG. 10 shows the etching rate of ruthenium etching as a function of the number of wafers processed in a conventional inductively coupled plasma etching apparatus, and inductively coupled plasma etching with a Faraday shield plate coupled to a coil according to the present invention. FIG. 6 is a graph showing each as a function of the number of wafers processed by the apparatus. FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... TCP window
10a ... TCP window surface
11 ... Semiconductor wafer
13 ... Spacer
15 ... Exhaust port
17 ... Coil
17a, 17b ... coil ends
19 ... Chuck
20 ... chamber
22 ... Standing wave section
24 ... standing wave
24a, 24b ... Points corresponding to the end of the coil of the standing wave
100 ... chamber
117 ... Coil
117a ... Coil input end
117a-1 ... coil end
117a-2 ... Coil extension
117a-3 ... coil extension end
117a-4 ... Coil extension
117b ... Coil output end
201 ... Attachment frame
205 ... Screw
207 ... Connector
209 ... Metal screw
211 ... Outer ring
213 ... Inner ring
215 ... Central disc
217 ... Metal plate
219 ... Screw
221 ... Radiation slot
301 ... Support spring housing
303 ... Metal screw
305 ... Coil mounting plate
309 ... U-shaped spacer
400 ... RF power supply
401: Variable capacitor
402: matching network
406 ... Shield box
408: Variable capacitor
409 ... Inductor
412a ... VI probe
412b ... VI probe
412c ... VI probe
416 ... Voltage divider circuit
416a ... Coupling capacitor
416b ... Variable capacitor
450 ... Faraday shield driver
452 ... Matching circuit
454 ... Dielectric
456 ... Variable capacitor
458 ... RF power supply
460 ... Vpp feedback loop
462 ... Connection point

Claims

An inductively coupled plasma etching apparatus,
A chamber;
A window having an inner surface exposed to an interior region of the chamber and sealing an opening at the top of the chamber;
A metal plate disposed above the window and away from the window;
Located above the metal plate and spaced from the metal plate to optimally reduce sputtering of the inner surface of the window, and at the same time, etch by-products are deposited on the inner surface of the window. A coil that is conductively coupled to the metal plate at a connection location configured to generate a peak-to-peak voltage, and the connection location is between a coil input end and a coil output end for receiving RF power. Defined and
An inductively coupled plasma etching apparatus comprising an oscillation circuit coupled to the metal plate and capable of being controlled to further adjust the peak-to-peak voltage on the metal plate.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 1 ,
The inductively coupled plasma etching apparatus, wherein the connection position is closer to the coil output end than the coil input end.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 1 , further comprising:
RF power supply,
A matching network coupled between the RF power source and the coil input;
An inductively coupled plasma etching apparatus comprising a variable capacitor coupled between a grounding point and the coil output end.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 1,
The said oscillation circuit is a dielectric coupling type plasma etching apparatus provided with the variable capacitor which can be adjusted so that the said peak-to-peak voltage may be controlled along a harmonic point.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 1,
The inductively coupled plasma etching apparatus further comprises a chamber lid attached to the chamber by a hinge that allows the metal plate and the coil to be attached to the chamber and to be opened and closed.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 5 ,
The inductively coupled plasma etching apparatus, wherein the chamber lid in the closed position places the metal plate near the window in preparation for operation.

An inductively coupled plasma etching apparatus,
A chamber;
A window having an inner surface exposed to an interior region of the chamber and sealing an opening at the top of the chamber;
A metal plate disposed above the window and away from the window;
Located above the metal plate and spaced from the metal plate to optimally reduce sputtering of the inner surface of the window, and at the same time, etch by-products are deposited on the inner surface of the window. A coil that is conductively coupled to the metal plate at a connection location configured to generate a peak-to-peak voltage, and the connection location is between a coil input end and a coil output end for receiving RF power. Defined and
An inductively coupled plasma etching apparatus comprising a voltage dividing circuit coupled to the metal plate and capable of being controlled to further adjust the peak-to-peak voltage on the metal plate.

The inductively coupled plasma etching apparatus according to claim 7 ,
The voltage divider includes a variable capacitor that can be adjusted to control the peak-to-peak voltage along a point where the peak-to-peak voltage decreases as the capacity increases. .