JP5215875B2 - プラズマエッチングチャンバのための統合型の容量および誘導電源 - Google Patents

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Description

半導体ベースのデバイス（例えば、集積回路やフラットパネルディスプレイ）の製造では、材料の層が交互に基板表面（例えば、半導体ウエハまたはガラスパネル）上に蒸着されて基板表面からエッチングされてよい。当該分野で周知のように、蒸着された層のエッチングは、プラズマエッチングなど、様々な技術によって実現されてよい。プラズマエッチングでは、基板に対する実際のエッチングは、通例、プラズマ処理チャンバ内で行われる。エッチング処理の際には、プラズマが、適切なエッチャントソースガスから形成され、エッチングマスクによって保護されていないワークピースの領域をエッチングすることで、所望のパターンを残す。
基板のプラズマエッチングの際には、フォトレジストによって形成されたポリマまたはエッチング剤によってエッチングされた材料層からなるエッチング副生成物が、周辺のチャンバハードウェア上に主に堆積する。堆積した副生成物は、基板のエッチングを続けるごとに蓄積していく。基板製造のデバイスの歩留まりを向上させるためには、再生可能なチャンバを維持することが重要であり、それは、１または複数の基板がエッチングされた後に、定期的にチャンバ洗浄処理を行うことによって実現できる。通例、チャンバ洗浄は、各基板のエッチング後に実行される。
半導体基板から誘電材料をエッチングするために、容量結合真空プラズマシステムが用いられることが多い。容量システムは、プラズマ損傷が低く、下層およびフォトレジスト層に対する選択性が高いという利点を有する。しかしながら、基板エッチング後のチャンバの洗浄に容量結合プラズマを用いると、容量結合プラズマは、比較的高いイオンエネルギを有するため、露出した静電チャックに衝撃を与える。静電チャックは、基板エッチング中に基板を支持するために用いられるものであり、露出したチャックに衝撃が与えられることで、静電チャックの寿命が短くなると共に、粒子が生成される。さらに、チャンバ内の上部電極および下部電極によって生成される容量結合プラズマは、主に、静電チャック上方の中央領域に集中するため、周辺のチャンバハードウェアの洗浄には有効でない。周辺のチャンバハードウェアを完全に洗浄するためには、洗浄時間を延長する必要があり、それは、製造のスループットに影響する。現在の容量結合プラズマリアクタでは、各基板の処理（すなわちエッチング）の後のチャンバ洗浄は、一般に、上述の制約の範囲で最適化されている。
以上の点から、静電チャックの寿命を向上させ、基板の歩留まりを改善し、製造スループットを改善する改良チャンバ洗浄機構を提供する方法および装置が求められている。
概して、本発明の実施形態は、改良チャンバ洗浄機構を提供することによって、これらの要求を満たす。また、本発明の実施形態は、エッチング処理のさらなる調整を可能にする。本発明は、処理、装置、またはシステムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
一実施形態では、プラズマを生成するよう構成されたプラズマ処理チャンバは、基板を受けるよう構成された下部電極を備えた下部電極アセンブリを備える。プラズマ処理チャンバは、上部電極と、上部電極を囲む誘導コイルとを備えた上部電極アセンブリをさらに備える。誘導コイルは、チャンバ内に規定された領域内でガスをプラズマに変換するよう構成されており、その領域は、下部電極の上面の上方に規定された範囲の外にある。
別の実施形態では、プラズマを生成するよう構成されたプラズマ処理チャンバは、基板を受けるよう構成された下部電極を備えた下部電極アセンブリを備える。プラズマ処理チャンバは、さらに、上部容量電極と、上部容量電極の上方に配置された内側誘導コイルおよび外側誘導コイルとを備えた上部電極アセンブリを備える。外側誘導コイルは、下部電極の外周の外側に規定された表面の上方に配置されている。上部容量電極は、下部電極の真上に配置されている。下部電極および上部容量電極は、第１のガスを第１のプラズマに変換するよう構成されている。外側誘導コイルは、第２のガスを第２のプラズマに変換するよう構成されている。
さらに別の実施形態では、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成する方法は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給する動作を備える。プラズマを生成する方法は、誘導コイルに電力を供給することによってプラズマを生成する動作を備える。誘導コイルは、上部電極アセンブリの一部であり、上部電極アセンブリの上部電極の周りを囲む。また、誘導コイルは、上部容量電極の下方に配置された下部電極の外周の外側に規定された表面の上に配置されている。
本発明は、次の態様を含む。
［態様１］プラズマを生成するよう構成されたプラズマ処理チャンバであって、
基板を受けるよう構成された下部電極を備えた下部電極アセンブリと、
上部電極と、前記上部電極を囲む誘導コイルとを備えた上部電極アセンブリと、
を備え、
前記誘導コイルは、前記チャンバ内に規定された領域内でガスをプラズマに変換するよう構成されており、前記領域は、前記下部電極の上面の上方に規定された範囲の外にある、プラズマ処理チャンバ。
［態様２］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記誘導コイルの下方に配置されたファラデーシールドを備える、プラズマ処理チャンバ。
［態様３］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記プラズマが実質的に配置される容積を囲み、前記プラズマ処理チャンバ内で前記下部電極と平行に吊り下げられた複数の閉じ込めリングを備える、プラズマ処理チャンバ。
［態様４］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記下部電極を囲み、誘電リングによって前記下部電極から隔てられている導電リングを備える、プラズマ処理チャンバ。
［態様５］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、ＲＦ電源が、前記誘導コイルに接続されており、約４００ｋＨｚないし約２７ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を有するＲＦ電力を供給することによって、前記プラズマを生成する、プラズマ処理チャンバ。
［態様６］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記誘導コイルは、誘電材料によって前記上部電極から隔てられている、プラズマ処理チャンバ。
［態様７］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記プラズマはチャンバ洗浄プラズマである、プラズマ処理チャンバ。
［態様８］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部電極は、アースに接続されている、プラズマ処理チャンバ。
［態様９］態様１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部電極、前記誘導コイル、および、前記下部電極は、１または複数のエッチングガスをエッチングプラズマに変換するよう構成されている、プラズマ処理チャンバ。
［態様１０］態様９に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記誘導コイルと、前記上部電極または前記下部電極とは、前記１または複数のエッチングガスを前記エッチングプラズマに変換するようＲＦ電力を供給される、プラズマ処理チャンバ。
［態様１１］プラズマを生成するよう構成されたプラズマ処理チャンバであって、
基板を受けるよう構成された下部電極を備えた下部電極アセンブリと、
上部容量電極と、前記上部容量電極の上方に配置された内側誘導コイルおよび外側誘導コイルとを備えた上部電極アセンブリと、
を備え、
前記外側誘導コイルは、前記下部電極の外周の外側に規定された表面の上方に配置され、前記上部容量電極は、前記下部電極の真上に配置され、前記下部電極と、前記上部容量電極とは、第１のガスを第１のプラズマに変換するよう構成され、前記外側コイルは、第２のガスを第２のプラズマに変換するよう構成されている、プラズマ処理チャンバ。
［態様１２］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記内側および外側誘導コイルの下方に配置されたファラデーシールドを備える、プラズマ処理チャンバ。
［態様１３］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記第１のプラズマまたは前記第２のプラズマが実質的に配置される容積を囲み、前記プラズマ処理チャンバ内で前記下部電極と平行に吊り下げられた複数の閉じ込めリングを備える、プラズマ処理チャンバ。
［態様１４］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
前記下部電極を囲む導電リングを備え、前記導電リングは、誘電リングによって前記下部電極から隔てられており、プラズマ処理中には接地される、プラズマ処理チャンバ。
［態様１５］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記第２のプラズマは、実質的に、前記プラズマ処理チャンバ内に規定された領域内に配置され、前記領域は、前記下部電極の上面の上方に規定された範囲の外にある、プラズマ処理チャンバ。
［態様１６］態様１５に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記第２のプラズマは、チャンバ洗浄プラズマであり、前記下部電極は、前記第２のプラズマが生成される時に接地される、プラズマ処理チャンバ。
［態様１７］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、ＲＦ電源が、前記外側誘導コイルに接続されており、約４００ｋＨｚないし約２７ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を有するＲＦ電力を供給することによって、前記第２のガスを前記第２のプラズマに変換する、プラズマ処理チャンバ。
［態様１８］態様１１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
前記下部電極および前記上部容量電極は、ＲＦ電力を供給されて、前記第１のガスを前記第１のプラズマに変換し、
前記第１のガスが前記第１のプラズマに変換される時に、前記内側および外側誘導コイルにもＲＦ電力が供給される、プラズマ処理チャンバ。
［態様１９］態様１８に記載のプラズマ処理チャンバであって、ＲＦ電源が、前記上部容量電極または前記下部電極のいずれかに接続され、別のＲＦ電源が、前記内側および外側誘導コイルに接続されている、プラズマ処理チャンバ。
［態様２０］プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成する方法であって、
プロセスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する動作と、
上部電極アセンブリの一部であり前記上部電極アセンブリの上部電極の周りを囲む誘導コイルに電力を供給することによって、プラズマを生成する動作と、
を備え、
前記誘導コイルは、前記上部容量電極の下方に配置された下部電極の外周の外側に規定された表面の上に配置されている、方法。
［態様２１］態様２０に記載の方法であって、前記プラズマを生成する動作は、電力が前記下部電極に到達することを防止して、前記下部電極を浮遊した状態に保つことを含む、方法。
［態様２２］態様２０に記載の方法であって、前記プラズマは、チャンバ洗浄プラズマであり、実質的に、前記下部電極の表面の外側に配置される、方法。
［態様２３］態様２０に記載の方法であって、前記プラズマを生成する動作中に、前記上部電極は、前記プラズマ生成動作の間、接地される、方法。
［態様２４］態様２０に記載の方法であって、ファラデーシールドが、前記誘導コイルの下方に配置されて、前記下部電極からの前記電力のためのＲＦ接地路を提供すると共に、前記誘導コイルからの容量結合を抑制する、方法。
本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
以下では、より効果的かつ柔軟な改良型チャンバ洗浄／エッチングシステム、方法、および装置のいくつかの代表的な実施形態について説明する。当業者にとって明らかなように、本発明は、本明細書で説明する具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施可能である。
上述のように、各基板のエッチング後にチャンバ壁面状態を再生可能にすれば、歩留まりが向上する。効果的なその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）チャンバ洗浄が、次世代のプラズマエッチングリアクタの重要な特徴になっている。本発明の一実施形態は、基板支持を囲む第２のプラズマ源を提供する。第２のプラズマ源は、処理チャンバの周辺付近に配置されており、基板エッチング後のチャンバ洗浄動作中に始動されて、基板エッチング中にエッチング副生成物が蓄積した周辺のチャンバハードウェアを洗浄することができる。図１Ａは、基板支持を囲む第２のプラズマ源を有するプラズマ処理装置１００の断面図である。この実施形態は、導電材料からなる下部電極１３１を備えており、下部電極１３１は、ＲＦ（高周波）整合器１３８およびＲＦ電源１３９に対して動作可能に接続されている。下部電極１３１は、基板支持を兼ねており、下部電極アセンブリ１３０の一部である。一実施形態では、ＲＦ電源１３９は、多重周波数電源である。例えば、電源は、約４００ｋＨｚないし約６０ＭＨｚの間の範囲の混合周波数を有することができる。ＲＦ電力が下部電極１３１から処理チャンバ内のガスに供給されると、プラズマが生成される。供給されると、プラズマが生成される。一実施形態では、ＲＦ電源は、約１ワットないし約１０ワットまでのＲＦ電力レベルを供給する。
一実施形態では、下部電極アセンブリ１３０は、約−２０℃ないし約７０℃の温度範囲に基板を冷却できる組み込み冷却機構（図示せず）を有する。基板支持の周囲には、基板処理の際にさらなる接地路をプラズマに提供する導電リング１３３が配置されている。下部電極１３１と導電リング１３３との間には、基板支持と導電リング１３３とを絶縁する誘電リング１３２が設けられている。
一例では、下部電極１３１は、３００ｍｍ基板を受けるよう適合された領域を有するが、それに限定されない。一実施形態では、電力供給された下部電極１３１は、基板（図示せず）を受けると共に、基板エッチング動作中に基板を下部電極１３１に固定するよう構成されている。基板は、周知のシステムおよび方法を用いて、下部電極に静電的に固定すなわち「チャック」される。これら周知のシステムおよび方法は、チャックおよびデチャックのための高電圧電極（図示せず）を組み込んで、誘電材料で被覆した下部電極１３１を含む。プラズマ処理装置１００は、アース１３５を通して接地されたチャンバ壁１４０を備える。アース１３５は、誘電材料１３６によって下部電極１３１から隔離されている。
第１の上部電極１１１が、下部電極１３１の上方の近い距離に配置されている。一般に、上部電極１１１は、汚染を避けるために、基板に適合した材料から形成される。第１の上部電極１１１は、上部電極アセンブリ１１０の一部であり、アース１４８に接続され、ＲＦ電力のための完全な電気回路を提供している。第１の上部電極１１１は、下部電極１３１と異なる表面積を有してよい。上部電極アセンブリ１１０は、チャンバカバー１１７に接続されており、チャンバカバー１１７は、アース１１８に接地されている。例えば、第１の上部電極１１１は、ケイ素または炭化ケイ素などの導電材料からなるが、これに限定されない。さらに、例えば、第１の上部電極１１１は、下部電極から約２ｃｍないし約３ｃｍに位置するが、これに限定されない。
上部電極１１１の周囲には、誘導コイル１１２からなる第２の上部電極１１２が配置されている。誘導コイル１１２は、誘電材料１１３内に埋め込まれている。コイル１１２は、ＲＦ整合器１２６に接続されており、ＲＦ整合器１２６は、ＲＦ電源１２７に接続されている。一実施形態では、ＲＦ電源１２７は、混合周波数電力を供給できる。ＲＦ電源１２７の電力周波数は、約４００ｋＨｚないし約２６ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数であってよい。一実施形態では、誘導結合プラズマを生成する電力は、約０ワットないし約２０００ワットの間である。
ファラデーシールド１１４が、誘電材料１１３の下方に配置されている。導電ブロック１１５が、誘電材料１１３を囲んでおり、ファラデーシールド１１４と電気的に接触することで、下部電極１３１からのＲＦ電力のための接地路を提供している。ファラデーシールド１１４の下方と外縁の周囲とに、凹型の誘電リング１１６が配置されている。一実施形態では、誘電リング１１６は、石英からなる。
ファラデーシールド１１４は、電極のいずれかからのＲＦ電力にＲＦ接地路を提供する。ファラデーシールド１１４は、また、処理チャンバ内の接地面積と電力供給面積との間の面積比を維持する助けとなるため、容量結合プラズマ処理中のチャンバ内の電圧降下は、誘導コイル１１２の導入によって変化しない。同じ面積比を維持することにより、誘導コイル１１２を導入しても、一貫したエッチング処理が可能になる。さらに、ファラデーシールド１１４は、誘導源からの電場を遮蔽し、誘導プラズマ処理中の誘導コイル１１２からの容量結合を最小限に抑えて、チャンバ構成要素のスパッタリングを回避する。ファラデーシールドの設計方法についての詳細は、共に譲渡された米国特許出願Ｎｏ．１０／２３２，５６４、２００２年８月３０日出願、「Ｆａｒａｄａｙ Ｓｈｉｅｌｄ Ｄｉｓｐｏｓｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ａｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ」、および、米国特許出願Ｎｏ．１０／３４５，５８２、２００３年１月１５日出願、「Ｄｕａｌ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｆａｒａｄａｙ Ｓｈｉｅｌｅｄｓ Ｆｏｒ Ａｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ」に記載されている。チャンバ洗浄中に、コイル１１２は、ＲＦ電源１２７によって電力供給され、領域１５０で誘導結合プラズマを生成する。チャンバ洗浄中に、導電リング１３３は接地され、下部電極は浮遊しているため、領域１５０の誘導結合プラズマは、主に、誘導コイル１１２と導電リング１３３との間に集中する。
第１の上部電極１１１および第２の上部電極１１２の周囲には、絶縁体１２０が配置されている。絶縁体１２０の下方には、プラズマ閉じ込めリング１２１、１２２、１２３が配置されている。１または複数のプラズマ閉じ込めリングが設けられることを理解されたい。閉じ込めリング１２１、１２２、１２３は、処理チャンバ内で生成されたプラズマを閉じ込める。一実施形態では、閉じ込めリング１２１、１２２、１２３は、石英からなる。プラズマ閉じ込めリングについてのさらなる詳細は、共に譲渡された米国特許Ｎｏ．６，７４４，２１２、２００４年６月１日発行、「Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ Ａｎ ＲＦ Ｐｌａｓｍａ Ｕｎｄｅｒ Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｇａｓ Ｆｌｏｗ ａｎｄ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、および、米国特許Ｎｏ．６，８７２，２８１、２００５年３月２９日発行、「Ｃｈａｍｂｅｒ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ Ａ Ｐｌａｓｍａ」に記載されている。
ガス供給手段１２８が、上部電極アセンブリ１１０の中央部に接続されている。ガス供給手段１２８によって処理チャンバ１００内に供給されるガスは、単一のガスであってもよいし、２以上のガスの混合ガスであってもよい。一実施形態では、ガスが上部電極アセンブリ１１０に到達すると、ガス供給手段１２８は、第１の上部電極１１１の中央部と縁部との両方から、処理チャンバにガスを供給する。一実施形態では、第１の上部電極１１１は、ガス分配シャワーヘッドを兼ねている。例えば、総ガス流量は、最大１５００ｓｃｃｍであるが、これに限定されない。一実施形態では、上部電極アセンブリ１１０は、さらに、上部電極１１１の温度を約２２℃ないし約２００℃の間に維持するために利用可能な加熱板（図示せず）を有する。
上述のように、上部電極１１１は、アース１４８によって接地されている。上部電極１１１は、さらに、ＲＦ電源（図示せず）またはＤＣ電源（図示せず）に接続されてもよい。第１の上部電極１１１と下部電極１３１との間の容量結合プラズマのための電源は、下部電極１３１ではなく、第１の上部電極１１１に接続された電源から供給されてもよい。上部電極１１１から電力が供給される場合には、下部電極１３１は接地される。あるいは、上部および下部電極が、ＲＦ電源を提供してもよい。例えば、第１の上部電極１１１のためのＲＦ電源は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚの混合周波数を有してもよい。
誘導プラズマ源は、チャンバ壁の材料の有意なスパッタリングを起こすことなく、周辺領域１５０内で高密度プラズマを生成できる。上述のように、チャンバ壁の材料のスパッタリングは、チャンバを汚染したり、部品の寿命を短くしたりする可能性がある。誘導プラズマ源は、エッチング処理プラズマと接触する周辺のチャンバハードウェア上に堆積したポリマ（すなわち、エッチング副生成物）を効果的に洗浄できる。
図１Ｂは、チャンバ洗浄プラズマを生成するための処理の流れの一実施形態を示すフローチャートである。動作１６１において、チャンバ洗浄ガス（Ｏ2、ＣＦ4など）が、プラズマ処理チャンバに供給される。動作１６３において、チャンバ洗浄プラズマを生成するために、ＲＦ電力が、プラズマ処理チャンバ１００の誘導コイル１１２に供給される。次いで、チャンバ洗浄プラズマは、チャンバの洗浄に利用されてよい。チャンバ洗浄中に、下部電極１３１は浮遊している。領域１５０内のチャンバ洗浄プラズマは、下部電極１３１から離れており、主に、図１Ａの誘導電極１１２と導電リング１３３との間に存在する。
典型的な平行板容量結合プラズマは、エッチング処理中に基板（すなわち、ウエハ）の縁部付近でプラズマ密度の低下を示す。誘導プラズマ源は、半径方向の均一性の調整を可能にする。誘導プラズマをエッチング処理中に導入することで、主な容量性電力のＲＦ接地路に影響を与えることなく、基板の縁部におけるプラズマ密度を増大させることができる。ＲＦ接地路は、ファラデーシールドの利用の影響を受けないことを理解されたい。さらに、誘導源プラズマは、基板上で高いプラズマ密度および非常に低いイオンエネルギを必要とする処理（例えば、低誘電体のエッチングのためのフォトレジスト剥離）に、プラズマを提供することもできる。その結果、誘導源プラズマの利用によって、リアクタのエッチングプロセスウィンドウを広げることができる。
図１Ｃは、エッチングプラズマを生成するための処理の流れの一実施形態を示すフローチャートである。動作１７１において、１または複数のエッチングガス（高アスペクト比コンタクトエッチング（ＨＡＲＣ）のためのＡｒ、Ｃ4Ｆ8、およびＯ2、または、酸化物技術のためのＡｒ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、およびＯ2）が、プラズマ処理チャンバに供給される。エッチングガスが処理チャンバに導入されると、動作１７３において、エッチングプラズマを生成するために、ＲＦ電力が、容量電極と誘導電極とに供給される。生成されたエッチングプラズマは、容量成分と誘導成分とを有する。基板縁部付近の誘導成分は、上述のように、基板縁部におけるプラズマ密度を増大させて、基板縁部におけるプラズマ密度の低下を補う。したがって、基板の縁部における誘導成分の追加によって、エッチングプラズマは、基板表面にわたって、より均一になることができる。
図２は、図１Ａの上述の実施形態１１０の変形例２００を示す図である。上部電極アセンブリ２１０には、２組の誘導コイル２１２Ａおよび２１２Ｂが設けられている。２組の誘導コイルは、１つの内側コイル２１２Ａおよび１つの外側コイル２１２Ｂからなる。ファラデーシールド２１４は、内側コイル２１２Ａおよび外側コイル２１２Ｂの両方に対応するために、上部電極２１１全体の上に配置されている。ファラデーシールド２１４は、上述した図１Ａのファラデーシールド１１４と同様の機能を有する。２組のコイル２１２Ａおよび２１２Ｂは両方とも、ＲＦ整合器２２６に接続されており、ＲＦ整合器２２６は、ＲＦ電源２２７に接続されている。２組のコイル２１２Ａおよび２１２Ｂが配置されたため、プロセスガスは、中央ガス供給手段２２８Ｂおよび周縁ガス供給手段２２８Ａを通して、シャワーヘッドを兼ねる上部電極２１１に供給される。図２の他の構成要素は、図１Ａを参照して上述したものと同様である。
チャンバ洗浄の際、洗浄プラズマを生成するために、両方の誘導コイル２１２Ａおよび２１２Ｂ、または、外側コイル２１２Ｂのみ、に電力供給を行うことができる。チャンバ洗浄の際に両方のコイルに電力供給する場合には、ある割合の電力（例えば、０％ないし５０％）が内側コイルに供給され、残りの電力（例えば、５０％ないし１００％）が外側コイル１１２Ｂに供給される。弱い誘電プラズマは、洗浄中に静電チャックを損傷しないことを理解されたい。また、内側誘電コイルを追加することで、チャンバ洗浄処理についてさらなる処理調整が可能になることを理解されたい。内側および外側のコイルに、異なる周波数または混合周波数で電力供給することも可能である。その場合、内側および外側のコイルが、別個の電源を必要とする。すなわち、さらなる電源が追加される。
一実施形態では、まず、プラズマ処理チャンバ内に洗浄ガス（または、洗浄混合ガス）を供給して、次に、全電力をコイル２１２Ｂに供給することで誘導コイル２１２Ａおよび２１２Ｂに電力供給することにより、領域２５０内で誘導プラズマが生成される。チャンバ洗浄動作中には、下部電極２３１は浮遊したままでよく、導電リング２３３は接地される。
上述のように、誘導プラズマ源は、チャンバを汚染したり部品の寿命を短くしたりする可能性があるチャンバ壁材料の有意なスパッタリングを起こすことなく、周辺領域に高密度のプラズマを生成することができる。誘導プラズマ源は、エッチング処理プラズマと接触する周辺のチャンバハードウェア上に堆積したポリマ（すなわち、エッチング副生成物）を効果的に洗浄できる。
容量プラズマ電力と同様に、エッチングプラズマの均一性を調整するために、誘導コイル２１２Ａおよび２１２Ｂの両方または一方に電力供給してよい。上部電極２１１と下部電極２３１との間で生成された容量結合プラズマに加えて、誘導電源２１２Ａおよび２１２Ｂは、誘導プラズマを生成するためにオンにされてよく、エッチング処理中の基板にわたるプラズマの均一性を改善するために調整されてよい。容量結合プラズマでは、通例、基板の縁部におけるプラズマ密度が低い。図１Ａの１または複数のコイル１１２、および、図２の１または複数の外側コイル２１２Ｂは、基板の縁部におけるイオン密度を上昇させる助けとなりうる。図２の１または複数の内側コイル２１２Ａおよび１または複数の外側コイル２１２Ｂは、プラズマ密度を調整するために、同時に用いられてもよい。上述のように、ある割合の電力が、１または複数の内側コイル２１２Ａに供給されてよく、残りの電力が、１または複数の外側コイル２１２Ｂに供給されてよい。図２の内側および外側のコイル２１２Ａおよび２１２Ｂは、エッチング処理のさらなる処理調整を可能にする。一部の応用例では、誘導コイル（内側、外側、または両方）からの誘導電力だけを用いて、誘導プラズマを生成する。
ファラデーシールド２１４を用いることにより、ＲＦ接地路は影響を受けなくなっている。さらに、誘導源プラズマは、基板上で高いプラズマ密度および非常に低いイオンエネルギを必要とする処理（例えば、フォトレジストの剥離または低誘電体のエッチング）に、プラズマを提供することもできる。したがって、２組の誘電コイルを利用することで、エッチング処理のためのプロセスウィンドウが広くなる。図２に示した実施形態によってエッチングプラズマを生成するための処理の流れは、単一の誘導電極が２つの誘導電極（コイル２１２Ａおよび２１２Ｂ）に置き換えられていることを除いて、図１Ｃの処理の流れと同様である。生成されたエッチングプラズマは、容量成分と誘導成分とを有する。誘導成分を調整して、基板にわたるプラズマの均一性を向上させることができる。
図３Ａには、本発明の別の実施形態３００が示されている。図３Ａでは、内側下部電極３３１に加えて、外側下部電極３３５が、導電リング３３３の下に配置されている。内側下部電極３３１は、基板を支持するよう構成されている。外側下部電極３３５は、内側下部電極３３１と同じＲＦ電源３３９に接続されることが可能であり、下部電極アセンブリ３３０の一部である。ＲＦ電源３３９は、約４００ｋＨｚないし約６０ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を供給できる。ＲＦ電源３３９は、内側下部電極３３１と外側下部電極３３５とに電力を供給する電源であり、ＲＦ整合器３３８に接続されている。一実施形態では、スイッチ３３６が、それらの電極へのＲＦ電力の印加を制御する。基板のエッチング中に、スイッチ３３６は、内側下部電極３３１に供給されるようＲＦ電力を制御する。この処理中に、外側下部電極３３５は、アース３３７に接続されてもよいし、ＲＦ調整ブロックキット３５７に接続されてもよい。ＲＦ調整ブロックキット３５７は、電源３３９によって内側下部電極３３１に供給されるＲＦ電力の特定の周波数を選択的に接地することを可能にする。例えば、内側下部電極３３１に供給されるＲＦ電力が、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚを含む場合、ＲＦ調整ブロックキット３５７による選択的な接地を用いて、１または２の特定の周波数（例えば、６０ＭＨｚ）を接地することで、エッチング処理の均一性を調整することができる。
内側下部電極３３１と外側下部電極３３５とに、同時または交互に電力を供給するために、別個の電源を用いてもよい。図３Ａの他の構成要素は、図１Ａを参照して上述したものと同様である。チャンバ洗浄の際には、電力が、外側下部電極３３５に供給されることで、周辺チャンバを洗浄するための容量結合プラズマが領域３５０に提供される。領域３５０の容量結合プラズマは、上部電極３１１と外側下部電極３３５との間で生成される。洗浄処理の間、下部電極は浮遊していてよいため、容量結合洗浄プラズマ、および、その悪影響を、露出した内側下部電極３３１（すなわち、静電チャック）から遠ざけることができる。すなわち、洗浄プラズマは、内側下部電極（すなわち、静電チャック）に衝撃を与えないため、内側下部電極（すなわち、静電チャック）の寿命を延ばすことになる。さらに、従来の洗浄技術と比べて、容量結合プラズマを用いた時に、下部電極３３１から生成される粒子は多くない。
周辺の容量プラズマ源は、周辺領域３５０で高密度のプラズマを生成する。容量プラズマ源は、エッチング処理プラズマと接触する周辺のチャンバハードウェア上に堆積したポリマ（すなわち、エッチング副生成物）を効果的に洗浄できることを理解されたい。
図３Ｂは、チャンバ洗浄プラズマを生成するための処理の流れの一実施形態を示すフローチャートである。動作３６１において、チャンバ洗浄ガス（Ｏ2、ＣＦ4など）が、プラズマ処理チャンバに供給される。動作３６３において、チャンバ洗浄プラズマを生成するために、ＲＦ電力が、プラズマ処理チャンバの外側下部電極に供給される。次いで、チャンバ洗浄プラズマは、チャンバの洗浄に利用されてよい。チャンバ洗浄中に、内側下部電極は浮遊したままになっている。周辺領域のチャンバ洗浄プラズマは、下部電極から十分に離れており、主に、外側下部電極と上部電極との間に配置される。
さらに、周辺の容量プラズマ源は、半径方向の均一性の調整を可能にする。周辺の容量プラズマは、主要な容量結合プラズマの電極の縁部付近でのエッチングプラズマの均一性を改善するために、エッチング処理中に導入されてよい。
図３Ｃは、エッチングプラズマを生成するための処理の流れの一実施形態を示すフローチャートである。動作３７１において、１または複数のエッチングガス（高アスペクト比コンタクトエッチング（ＨＡＲＣ）のためのＡｒ、Ｃ4Ｆ8、およびＯ2、または、酸化物技術のためのＡｒ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、およびＯ2）が、プラズマ処理チャンバに供給される。動作３７３において、エッチングプラズマを生成するために、ＲＦ電力が、内側下部電極３３１および外側下部電極３３５に供給される。外側下部電極は、基板の縁部付近におけるプラズマの密度を増大させる助けとなる。
図４には、本発明の別の実施形態が示されている。図４には、誘導コイルによって形成された第２の下部電極４３５が、導電リング４３３およびファラデーシールド４１４の下に配置されている。第２の下部電極４３５は、第１の下部電極４３１と同じＲＦ電源に接続されることが可能である。ＲＦ電源４３９は、第１の下部電極４３１または第２の下部電極４３５にＲＦ電力を供給し、スイッチ４３６によって制御される。ＲＦ電源４３９は、約４００ｋＨｚないし約６０ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を供給できる。ＲＦ電源４３９は、内側下部電極４３１と外側下部電極３３５とに電力を供給する電源であり、ＲＦ整合器４３８に接続されている。一実施形態では、スイッチ４３６が、それらの電極へのＲＦ電力の印加を制御する。基板のエッチング中に、スイッチ４３６は、内側下部電極４３１に供給されるようＲＦ電力を制御する。この処理中に、外側下部電極３３５は、アース４３７に接続されてもよいし、ＲＦ調整ブロックキット４５７に接続されてもよい。ＲＦ電源４３９は、約４００ｋＨｚないし約６０ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を供給できる。ＲＦ電源４３９は、内側下部電極４３１と外側下部電極４３５とに電力を供給する電源であり、ＲＦ整合器４３８に接続されている。一実施形態では、スイッチ４３６が、それらの電極へのＲＦ電力の印加を制御する。基板のエッチング中に、スイッチ４３６は、内側下部電極４３１に供給されるようＲＦ電力を制御する。この処理中に、外側下部電極４３５は、アース４３７に接続されてもよいし、ＲＦ調整ブロックキット４５７に接続されてもよい。
下部電極４３１と第２の下部電極４３５とにＲＦ電力を供給するために、別個のＲＦ電源を用いてもよい。基板エッチング中には、下部電極４３１に電力が供給される。図４の他の構成要素は、図１Ａを参照して上述したものと同様である。
チャンバ洗浄の際には、まず、洗浄ガスがプラズマ処理チャンバに供給される。その後、電力が、第２の下部電極４３５に供給されることで、周辺チャンバハードウェアを洗浄するための誘導結合プラズマが領域４５０に提供される。領域４５０の誘導結合プラズマは、上部電極４１１と第２の下部電極４３５との間で生成され、主に、チャンバの縁部付近に存在する。プラズマは、チャンバの縁部付近に存在し、誘導源（低イオンエネルギ）から生成されるため、それほど下部電極（すなわち、静電チャック）に衝撃を与えることがなく、下部電極（すなわち、静電チャック）の寿命を延ばすことになる。さらに、プラズマは、容量結合プラズマを利用した場合ほど多くの粒子を第１の下部電極４３１から生成することがない。
上述のように、誘導プラズマ源は、チャンバを汚染したり部品の寿命を短くしたりする可能性があるチャンバ壁材料の有意なスパッタリングを起こすことなく、周辺領域に高密度のプラズマを生成することができる。誘導プラズマ源は、従来技術の悪影響を排除して、エッチング処理プラズマと接触する周辺のチャンバハードウェア上に堆積したポリマ（すなわち、エッチング副生成物）を効果的に洗浄できる。
典型的な平行板容量結合プラズマは、エッチング処理中にチャンバの縁部付近でプラズマ密度の低下を示す。上述の誘導プラズマ源は、半径方向の均一性の調整を可能にする。誘導プラズマをエッチング処理中に導入することで、主な容量性電力のＲＦ接地路に影響を与えることなく、電極の縁部におけるプラズマ密度を増大させることができる。さらに、誘導源プラズマは、基板上で高いプラズマ密度および非常に低いイオンエネルギを必要とする処理（例えば、フォトレジストの剥離または低誘電体のエッチング）に、プラズマを提供することもできる。したがって、追加の周辺電極を利用することで、エッチング処理のためのプロセスウィンドウを広くすると共に、エッチング動作の合間のチャンバの洗浄をより効果的に行うことができる。
上述のプラズマ処理チャンバは、デュアルダマシン多段処理、高アスペクト比コンタクトエッチング（ＨＡＲＣ）、剥離など、広範囲の処理用途のための様々なプラズマ密度、イオンエネルギ、および薬剤制御を提供すると共に、容量プラズマ源と誘導プラズマ源との組み合わせによる効果的なチャンバ洗浄を行う。一実施形態では、この効果的なチャンバ洗浄を次世代の粒子抑制に適用して、歩留まりを向上させると共に、エッチングチャンバで用いられる静電チャックの寿命を延ばすことができる。
上述のプラズマ処理チャンバは、基板に対するプロセスパラメータの半径方向の均一性を制御することを可能にする。多段階のレシピを用いる処理用途は、中央部から縁部までの幅広い均一性を実現する様々な処理圧力、ＲＦ電力、および薬剤を伴う。フィーチャのサイズは小さくなり続けているが、その場での（ｉｎ−ｓｉｔｕ）調整が可能になることで、多段階のレシピを用いる処理用途について厳密な均一性の制御を維持するための柔軟性が提供される。
理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で、ある程度の変更や変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
基板エッチングシステムの一実施形態を示す説明図である。 プラズマシステム内で洗浄プラズマを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 プラズマシステム内でエッチングプラズマを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 基板エッチングシステムの別の実施形態を示す説明図である。 基板エッチングシステムの別の実施形態を示す説明図である。 プラズマシステム内で洗浄プラズマを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 プラズマシステム内でエッチングプラズマを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 基板エッチングシステムのさらに別の実施形態を示す説明図である。

Claims (17)

  1. プラズマを生成するよう構成されたプラズマ処理チャンバであって、
    基板を受けるよう構成された下部電極と、前記下部電極を囲む導電リングであって、誘電リングによって前記下部電極から隔てられているとともに、接地された導電リングとを備えた下部電極アセンブリと、
    上部容量電極と、前記上部容量電極の上方に配置された、内側誘導コイルおよび外側誘導コイルと、を含む上部電極アセンブリと、
    を備え、
    前記外側誘導コイルは、前記下部電極の外周の外側に規定された、前記導電リングの表面の上方に配置され、
    前記内側誘導コイルは、
    前記下部電極の表面の上方に配置されるとともに、
    前記外側誘導コイルおよび前記内側誘導コイルが、前記外側誘導コイルと誘導電力を持つ前記導電リングとの間の領域を、前記内側誘導コイルと前記下部電極との間の領域から切り離して規定するようにそれぞれ個別の電源に接続されるように、前記外側誘導コイルの内側に位置する、プラズマ処理チャンバ。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
    第１のプラズマまたは第２のプラズマが実質的に配置される容積を囲み、前記プラズマ処理チャンバ内で前記下部電極と平行に吊り下げられた複数の閉じ込めリングを備える、プラズマ処理チャンバ。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記個別の電源の１つは、前記外側誘導コイルに接続され、４００ｋＨｚないし２７ＭＨｚの範囲の単一周波数または多重周波数を有するＲＦ電力を供給するＲＦ電源である、プラズマ処理チャンバ。
  4. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部容量電極は、アースに接続され、前記下部電極は、ＲＦ電力に接続されている、プラズマ処理チャンバ。
  5. 請求項４に記載のプラズマ処理チャンバであって、ＲＦ電源が、前記上部容量電極および前記下部電極のいずれかに接続されている、プラズマ処理チャンバ。
  6. 請求項１に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記内側誘導コイルおよび前記外側誘導コイルの両方は、チャンバカバーの下方にあり、導電ブロックによって囲まれた誘電材料に埋め込まれ、
    ファラデーシールドが前記誘電材料の下方に配置され、
    前記導電ブロックは、前記ファラデーシールドと電気的に接触して、前記電極のいずれかからのＲＦ電力への接地路を提供する、プラズマ処理チャンバ。
  7. プラズマ処理チャンバであって、
    （ａ）（ｉ）前記プラズマ処理チャンバ内の半導体ウエハを処理するための上部容量電極と、（ｉｉ）チャンバ洗浄、または、前記半導体ウエハの処理の補助のための内側誘導コイルおよび外側誘導コイルと、を含む上部電極アセンブリと、
    （ｂ）前記上部容量電極の下に配置された下部電極と、
    （ｃ）前記下部電極を囲む誘電リングと、
    （ｄ）アースに接続された導電リングであって、前記誘電リングが前記導電リングと前記下部電極との間に配置されるように、前記下部電極を囲む導電リングと
    を備え、
    前記内側誘導コイルは、前記下部電極の上方に配置され、
    前記外側誘導コイルは、前記導電リングの上方に配置された、プラズマ処理チャンバ。
  8. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記内側誘導コイルおよび前記外側誘導コイルの各々は、それぞれ個別のＲＦ電源に接続された、プラズマ処理チャンバ。
  9. 請求項８に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記外側誘導コイルと、誘導電力を持つ前記導電リングとの間に領域が規定され、前記領域は、前記内側誘導コイルと前記下部電極との間の誘導電力によって規定される領域と切り離された、プラズマ処理チャンバ。
  10. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、さらに、
    （ｅ）前記導電リングと前記外側誘導コイルとの間の領域に隣接して、前記プラズマ処理チャンバの中に配置された、複数の閉じ込めリングを備える、プラズマ処理チャンバ。
  11. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記上部容量電極はアースに接続され、
    前記下部電極はＲＦ電力に接続された、プラズマ処理チャンバ。
  12. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    ＲＦ電源が、前記上部容量電極および前記下部電極のいずれかに接続された、プラズマ処理チャンバ。
  13. 請求項７に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記内側誘導コイルおよび前記外側誘導コイルの両方は、チャンバカバーの下方にあり、導電ブロックによって囲まれた誘電材料に埋め込まれ、
    ファラデーシールドが前記誘電材料の下方に配置され、
    前記導電ブロックは、前記ファラデーシールドと電気的に接触して、前記電極のいずれかからのＲＦ電力への接地路を提供する、プラズマ処理チャンバ。
  14. 容量結合基板処理およびプラズマ処理チャンバの誘導コイル洗浄のためのプラズマ処理チャンバであって、
    （ａ）（ｉ）上部容量電極と、（ｉｉ）内側誘導コイルおよび外側誘導コイルと、を含む上部電極アセンブリと、
    （ｂ）前記上部容量電極の下に配置された下部電極と、
    （ｃ）前記下部電極を囲む誘電リングと、
    （ｄ）アースに接続された導電リングであって、前記誘電リングが前記導電リングと前記下部電極との間に配置されるように、前記下部電極を囲む導電リングと、
    （ｅ）前記導電リングと前記外側誘導コイルとの間の領域に隣接して、前記プラズマ処理チャンバの中に配置された、１つ、または、それ以上の数の閉じ込めリングと
    を備え、
    前記内側誘導コイルは、前記下部電極の上方に配置され、
    前記外側誘導コイルは、前記導電リングの上方に配置された、プラズマ処理チャンバ。
  15. 請求項１４に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記上部容量電極はアースに接続され、
    前記下部電極はＲＦ電力に接続された、プラズマ処理チャンバ。
  16. 請求項１４に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    ＲＦ電源が、前記上部容量電極および前記下部電極のいずれかに接続された、プラズマ処理チャンバ。
  17. 請求項１４に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記内側誘導コイルおよび前記外側誘導コイルの両方は、チャンバカバーの下方にあり、導電ブロックによって囲まれた誘電材料に埋め込まれ、
    ファラデーシールドが前記誘電材料の下方に配置され、
    前記導電ブロックは、前記ファラデーシールドと電気的に接触して、前記電極のいずれかからのＲＦ電力への接地路を提供する、プラズマ処理チャンバ。
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