JP6362670B2 - ポリマーを管理することによるエッチングシステムの生産性の向上 - Google Patents

Description

本明細書に記載する実施形態は、一般に、半導体処理チャンバ内にポリマーが堆積するのを低減させるための装置および方法に関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、ポリマーを管理することによるエッチングシステムの生産性の向上に関する。

いくつかの基板エッチング処理で、プラズマチャンバを利用することがある。こうしたチャンバは、一般に、処理中の基板の上に覆い被さるチャンバのドームまたはルーフの裏側に配置された、ＲＦ誘導コイルを含む。ＲＦ電源をコイルに接続して、誘導性エネルギーをチャンバ内に結合させ、それにより、処理中の基板から離れたところにプラズマ源領域を形成することができる。
チャンバの壁およびドームに伴う、繰り返し発生する問題は、エッチング環境においてさえも、エッチング処理の副生成物に起因する残留物が壁およびドーム上に形成することがある、というものである。そのような副生成物は、基板から除去される、フォトレジスト層であることも、他の材料であることもある。副生成物は、気相状態にも、固相状態にもあり、チャンバの壁およびドーム上に堆積することがある。副生成物に加えて、いくつかのエッチング化学作用の場合、重合反応性ガスを使用して、基板上にエッチングされているあるタイプの特徴（すなわちビアまたはトレンチ）の側壁保護を強化することがある。この重合反応性ガスも、プラズマの付近の、壁やドームなどの内面上に堆積することがある。
チャンバの壁およびドームに付着している残留物は、剥離してチャンバの処理領域内に落ちることがある。基板上に落ちるそのようなどんな粒子も、基板上に作製されている集積回路の不良または信頼性の問題をもたらす可能性がある。コイルアンテナの誘電体窓として働くセラミックドームが使用されている場合、粒子の問題が悪化するおそれがある。ソースコイルは、大量のエネルギーをチャンバ内に結合するためのものであり、したがって、しばしば高電力レベルで動作する。必然的に、ＲＦエネルギーのかなりの部分が、ドーム内で熱消散する。
しかし、基板がチャンバ内に、またチャンバから外に循環するので、コイルは断続的に動作するにすぎず、また、セラミックは一般に熱伝導性に乏しい。その結果、ドーム材料は、繰り返し起こる大幅な温度スイングを受け、それにより、ドームの熱膨張と熱収縮の繰り返しサイクルが生じる。この熱的影響は、コイルに直接隣接する領域内で最大になる。これらの条件の下で、残留物が剥離して粒子を生じさせる可能性がより高くなる。
前述したように、エッチング中に壁またはドーム上に残留物があることは、一般に望ましくない。残留物は、システム性能および結果として得られる基板上での結果に破壊的な影響を及ぼすおそれがある。残留物を管理する１つの方法は、ドームを定期的に交換することである。しかし、この方法は非常に高くつき、時間がかかる。残留物を管理する別の方法は、チャンバ内部を洗浄することである。しかし、この方法は、大幅なシステムダウンタイムを強い、技術者の人手による関与を必要とする。

したがって、基板処理チャンバ内にポリマーが堆積するのを、適時にかつ高いコスト効率で低減させ、または制御し、それにより処理チャンバのダウンタイムが減少するような装置および方法が、当技術分野で必要とされている。

本明細書に記載する実施形態は、一般に、半導体処理チャンバ内にポリマーが堆積するのを低減させるための装置および方法に関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、ポリマーを管理することによるエッチングシステムの生産性の向上に関する。

一実施形態では、基板を処理するための装置が提供される。装置は、粗面を有する誘電体天井と、絶縁体内に配設された導電性本体と、基板支持体と、ヒータジャケット内に配設されたポンプポートとを備える。ヒータジャケットには、その中に複数の発熱体が配設され、複数の発熱体は、ポンプポートの均一な温度プロファイルを維持するように構成される。誘電体天井の均一な温度プロファイルを維持するように構成された複数の熱源も提供される。
別の実施形態では、ポリマーが堆積するのを制御する方法が提供される。方法は、１つまたは複数のＲＦコイルに電力を供給することよって、処理チャンバ内にプラズマを形成すること、ＲＦコイルに実質的に電力が供給されていないときに、複数の熱源に電力を供給すること、およびＲＦコイルへの電力と熱源への電力とを交互させることによって誘電体天井の一定の温度を維持するように、熱源を構成することを含む。
別の実施形態では、ヒータジャケットが提供される。ヒータジャケットは、ポンプポートの周りに配設されたジャケット本体と、ポンプポートの第１の領域に隣接して配設された第１の発熱体と、ポンプポートの第２の領域に隣接して配設された第２の発熱体と、ポンプポートの第３の領域に隣接して配設された第３の発熱体とを備える。
本発明の上で列挙した特徴を詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を、添付の図面にそのいくつかが示されている実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとは、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容できるので、見なすべきでないことに留意されたい。

エッチングリアクタの概略側面図である。

理解しやすくするために、可能な場合、同一の参照番号を使用し、図面に共通の同一要素を示す。ある実施形態の中で開示された要素を、特に列挙しなくても他の実施形態に対して有利に利用できることが企図されている。
ここに記載する実施形態は、エッチング、堆積などのどんなプラズマ支援型基板処理にも有利となり得る。適切な処理の非限定的な例には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスまたはＳｉ貫通電極（ＴＳＶ）適用物の形成に使用する、ディープシリコン（Ｓｉ）エッチング処理がある。
図１は、エッチングリアクタ１００の概略側面図である。エッチングリアクタ１００は、単独で利用してもよく、より典型的には、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣＡのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合半導体基板処理システムなどの統合半導体基板処理システム、すなわちクラスタツール、の処理モジュールとして利用してもよい。本明細書に記載する実施形態に従って修正することのできる適切なエッチングリアクタの例には、やはりＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣＡから入手可能な、（ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ ＳまたはＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ Ｈなどの）ＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標）ラインのエッチングリアクタ、（ＤＰＳ（登録商標）、ＤＰＳ（登録商標）ＩＩ、ＤＰＳ（登録商標）ＡＥ、ＤＰＳ（登録商標）ＨＴ、ＤＰＳ（登録商標）Ｇ３ポリエッチャー、ＤＰＳ（登録商標）＋、ＤＰＳ（登録商標）ＤＴ＋ＤＰＳ（登録商標）ＤＴＭなどの）ＤＰＳ（登録商標）ラインのエッチングリアクタ、または他のエッチングリアクタがある。他のエッチングリアクタ、または堆積、表面処理などに使用する処理装置など、他の製造業者から入手可能なものを含む非エッチングプラズマ処理装置も、本明細書に記載する教示に従って修正することができる。

エッチングリアクタ１００は、基板支持体１１６が中に配設された処理容積１１５を有する、処理チャンバ１１０を備える。プラズマ発生器がプラズマを処理容積１１５内に形成およびまたは維持してもよく、エッチングリアクタ１００の使用中にプラズマが処理容積１１５に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、チャンバ１１０は、導電性本体（壁）１３０の上に配設された、ドーム状の誘電体天井（ドームまたは誘電体窓とも呼ばれる）を設けることができる。いくつかの実施形態では、天井１２０は、他の形状、例えば、ほぼ平坦な幾何形状を有することができる。処理容積１１５は、導電性本体１３０と誘電体天井１２０とで封じ込めることができる。

誘電体天井１２０は、石英やアルミナなどのセラミック材料を備えることができる。一実施形態では、誘電体天井１２０の粗面１２２を粗面化することができる。誘電体天井１２０は、所定の表面粗さをもたらすように、ビードブラストしてもよく、別の適切な方法によって粗面化してもよい。一実施形態では、表面粗さ（単位はμｉｎ）は、約２０Ｒ_aから約１２０Ｒ_aの範囲内とすることができる。所定の表面粗さは、部分が晒される特定の処理条件（例えば、限定はしないが、部分の上に堆積させる材料のタイプおよび厚さなどの半導体処理条件）に応じてさまざまでよい。粗面１２２は、堆積した材料が付着し蓄積することのできる、より大きな表面積をもたらすことができる。さらに、粗面１２２は、誘電体天井１２０と堆積した材料との間に、より良好な付着力をもたらし、堆積した材料を、剥離に対してより耐性のあるものにすることができる。

ポンプポート１２５を処理容積１１５に対して非対称に配設して、処理容積１１５から１種または複数種のガスを除去することができる。一実施形態では、ポンプポート１２５を処理容積１１５の一方に配設し、したがって、使用中に処理容積１１５内に高圧と低圧の非対称領域が形成して、流れの非対称性を生じさせることができる。処理容積１１５内の圧力は、スロットルバルブ（図示せず）および真空ポンプ１３６によって制御することができる。いくつかの実施形態では、基板１１４を処理チャンバ１１０内に、また処理チャンバ１１０から外に移送するためのスリットバルブ１０２、および／または処理チャンバ１１０自体の幾何形状が、処理チャンバ１１０内の任意の流れの非対称性の原因であってもよく、その流れの非対称性に寄与してもよい。
いくつかの実施形態では、ヒータジャケット１６０を提供することができる。ヒータジャケット１６０は、ポンプポート１２５をヒータジャケット１６０内に配設することができるように、ポンプポート１２５を実質的に取り囲むことができる。ヒータジャケット１６０は、ポンプポート１２５の均一な温度プロファイルを維持するように構成することのできる、抵抗体などの複数のヒータを備えることができる。

第１のヒータ１６２を、ポンプポート１２５の第１の領域１２６に隣接して配設することができる。第１の領域１２６は、ポンプポート１２５のほぼ水平な上部とすることができ、導電性本体１３０と第２の領域１２７との間に配設することができる。第２のヒータ１６４を、ポンプポート１２５の第２の領域１２７に隣接して配設することができる。第２の領域１２７は、第１の領域１２６と第３の領域１２８との間に配設された垂直部分とすることができる。いくつかの実施形態では、第２の領域をほぼ環状とすることができる。第３のヒータ１６６を、ポンプポート１２５の第３の領域１２８に隣接して配設することができる。第３の領域１２８は、ほぼ水平な底部とすることができ、それをチャンバ絶縁体１５０と第２の領域１２７との間に配設することができる。いくつかの実施形態では、複数のヒータおよびそれぞれに対応する領域を独立に制御して、ポンプポート１２５の均一な温度プロファイルをもたらすことができる。いくつかの実施形態では、約８０℃から約１３０℃の間など、約５０℃から約１５０℃の間の温度にポンプポート１２５を維持するように、複数のヒータを構成することができる。

プラズマ発生器は、高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマ発生器、遠隔プラズマ発生器など、任意の適切なプラズマ発生器とすることができる。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器は、電極に結合された信号発生器１１８を備える。信号発生器１１８は一般に、処理チャンバ１１０内または処理チャンバ１１０から離れたところにプラズマを形成および／または維持するのに適した周波数のエネルギーをもたらす。例えば、信号発生器１１８は、約５０ｋＨｚから約２．４５ＧＨｚの周波数の信号をもたらすことができる。プラズマ発生器は、処理チャンバ１１０内の圧力／流れの非対称な状態を補償することのできる非対称プラズマを、処理チャンバ１１０内にもたらすように構成することができる。信号発生器１１８は、使用中の反射電力を最小限に抑えるための第１の整合回路網１１９を介して、電極に結合することができる。
いくつかの実施形態では、電極は、少なくとも１つのＲＦコイル１１２を備えるアンテナ１１１とすることができる。いくつかの実施形態では、（図１に示す）アンテナ１１１を、誘電体天井１２０の上に配設することができ、また、処理容積１１５に供給された処理ガスにＲＦエネルギーを誘導結合するように構成することができる。処理ガスは処理容積１１５に、ガスパネル１３８から注入器（図示せず）によって供給することができる。アンテナ１１１は、第１の整合回路網１１９を介して信号発生器１１８に結合することができる。

アンテナ１１１は、基板支持体１１６の上方に配設することができる。基板支持体１１６は、第２の整合回路網１２４を介して、バイアス電源１２２に結合することができる。バイアス電源１２２は、適切な周波数の最大で約１５００ＷのＲＦエネルギーを生成することができてよい。いくつかの実施形態では、バイアス電源１２２によってもたらされる信号の周波数は、約４００ｋＨｚから約１３．５６ＭＨｚとすることができる。バイアス電力は、連続電力でもよく、パルス電力でもよい。いくつかの実施形態では、バイアス電源１２２は、ＤＣ源でもよく、パルスＤＣ源でもよい。

処理チャンバ１１０の導電性本体１３０の上方に、ハウジング１４０を配設することができる。誘電体天井１２０およびアンテナ１１１は、ハウジング１４０内に配設することができる。ハウジング１４０内に、ランプなどの複数の熱源１４２を配設することができる。熱源１４２は、アンテナ１１１の上方に配設することができる。熱源１４２は、例えばアンテナ１１１に通電していないときに、とりわけ誘電体天井１２０を加熱するように構成することができる。ハウジング１４０内の熱源１４２の上方に、ファン１４４を配設することができ、ハウジング１４０内の空気を循環させて、熱源１４２から誘電体天井１２０に至るまで、一様な熱分布をもたらすように構成することができる。ファン１４４は、アンテナ１１１のＲＦコイル１１２を冷却するように構成することもできる。熱源１４２およびアンテナ１１１は、誘電体天井１２０の均一な温度プロファイルを維持するように構成することができる。いくつかの実施形態では、熱源１４２を、誘電体天井１２０のほぼ一定の温度を維持するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、導電性本体１３０の一部分の周りに、チャンバ絶縁体１５０を形成することができる。いくつかの実施形態では、導電性本体１３０のほぼ全てを、チャンバ絶縁体１５０によって取り囲むことができる。チャンバ絶縁体１５０は、処理チャンバ１１０を絶縁するように、またアンテナ１１１に通電していないときに、処理チャンバ１１０のさまざまな領域全体を通して均一な温度プロファイルをもたらすように、構成することができる。チャンバ絶縁体１５０は、チャンバ絶縁体１５０内に配設された熱交換器（図示せず）を備えることもできる。熱交換器は、水やエチレングリコールなどの液体を輸送するための流体輸送システムを備えることができる。導電性本体１３０の均一な温度プロファイルを維持することにより、導電性本体１３０上に残留物が堆積するのを低減させることができる。いくつかの実施形態では、熱交換器およびチャンバ絶縁体１５０が導電性本体１３０を、約８０℃から約９０℃の間など、約５０℃の温度から約１５０℃の温度の間に維持することができる。

図１には示していないが、上述したようなさまざまな要素にコントローラを結合して、基板処理中にエッチングリアクタ１００内で実施されるさまざまな処理パラメータを制御することができる。コントローラは、工業環境においてさまざまなチャンバおよびサブプロセッサを制御するために使用することができるよりも、任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、メモリ、およびＣＰＵのサポート回路を備えることができる。ＣＰＵのメモリ、すなわちコンピュータ読取り可能媒体は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フロッピーディスク、ハードディスク、または他の任意の形態のデジタルストレージなど、ローカルまたはリモートの、容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数とすることができる。サポート回路は、ＣＰＵに結合されて、プロセッサを従来の方式でサポートする。こうした回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、およびサブシステムなどがあり得る。動作方法をメモリ内にソフトウェアルーチンとして記憶することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって制御されているハードウェアから離れた位置にある第２のＣＰＵによって、記憶および／または実行することもできる。

処理チャンバ１１０を均一な温度プロファイルに維持することは、残留物、すなわちポリマー材料が、導電性本体１３０および誘電体天井１２０上に堆積するのを制御するという点で、有利となり得る。一実施形態では、誘電体天井１２０の均一な温度プロファイルを維持するように、熱源１４２を構成することができる。動作の際には、アンテナ１１１のＲＦコイル１１２を、「オン」と「オフ」に順番に切り替えて、処理容積１１５内にプラズマを形成することができる。ＲＦコイル１１２に電力が供給されているとき、コイル１１２は誘電体天井１２０を加熱する。ＲＦコイル１１２がオフのとき、ＲＦコイル１１２は、誘電体天井１２０に熱エネルギーを供給しない。誘電体天井１２０が冷却した場合、より多量の材料が誘電体天井１２０上に形成し、誘電体天井１２０とその上に堆積した材料の熱膨張率の差により誘電体天井１２０が加熱するので、その材料が後に剥離して、処理中の基板１１４上に落ちるおそれがある。

熱源１４２を、誘電体天井１２０の均一な温度プロファイルを維持するように、オンとオフに順番に切り替えることができる。一実施形態では、ＲＦコイル１１２がオンのとき、熱源１４２をオフにすることができる。別の実施形態では、ＲＦコイル１１２がオフのとき、熱源１４２をオンにすることができる。ＲＦコイル１１２と熱源１４２を順番に切り替えることにより、誘電体天井１２０の均一な熱プロファイルをもたらすことができ、それにより、誘電体天井１２０から残留物が剥離するのを低減させることができる。いくつかの実施形態では、約８０℃から約１３０℃の間など、約５０℃から約１５０℃の間の温度に誘電体天井１２０を維持するように、熱源１４２を構成することができる。

別の実施形態では、ヒータジャケット１６０および複数のヒータが、ポンプポート１２５の均一な温度プロファイルを維持することができる。ポンプポート１２５の均一な温度プロファイルを維持することにより、ポンプポート１２５の領域１２６、１２７、および１２８上に残留物が堆積するのを低減させることができる。いくつかの実施形態では、第１のヒータ１６２が、第１の領域１２６を第１の温度に維持することができ、第２のヒータ１６４が、第２の領域１２７を第２の温度に維持することができ、第３のヒータ１６６が、第３の領域１２８を第３の温度に維持することができる。一実施形態では、第１の温度、第２の温度、および第３の温度を、約８０℃から約１３０℃の間など、約５０℃から約１５０℃の間に維持することができる。

ポンプポート１２５のさまざまな領域間の熱流束がさまざまに異なることから、ヒータおよび加熱ゾーンが複数あることにより、ポンプポート１２５の温度制御の改善をもたらすことができる。例えば、第３の領域１２８は、ガスがポンプポート１２５を通って移動することにより、より多くの熱流束を受ける可能性がある。第１の領域１２６の付近に流れるガスは、より少ない可能性があり、したがって、そこではより少ない熱流束を受ける可能性がある。したがって、さまざまなゾーンを独立に制御することにより、ポンプポートの温度均一性の改善をもたらすことができる。ポンプポート１２５のさまざまな領域の相対的な質量も、温度均一性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、第１の領域１２６は、第２の領域１２７よりも大きな質量を有する可能性があり、第１の領域１２６を第２の領域１２７と同じ温度に維持するために、より多くの熱入力を必要とする可能性がある。多ゾーンヒータジャケット１６０は、ポンプポート１２５のさまざまな領域のガス流および相対的な質量による温度変動を補償し、ポンプポート１２５の温度均一性の改善をもたらす。

上述の内容は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他のさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (10)

1. 基板を処理するための装置であって、
   粗面を有する誘電体天井と、
   絶縁体内に配設された導電性本体とを備え、前記誘電体天井及び前記導電性本体は処理容積を画定しており、更に、
   前記処理容積に配設される基板支持体と、
   前記処理容積に対して非対称に配設されたポンプポートであって、前記導電性本体から水平に延びる第１の領域と、前記第１の領域から垂直に延びる環状の第２の領域と、前記第２の領域と前記絶縁体との間に延びる第３の領域とを有している、ポンプポートと、
   前記ポンプポートの周りに配設されるヒータジャケットであって、その中に複数の発熱体を有し、ポンプポートの均一な温度プロファイルを維持するように構成される、ヒータジャケットと、
   前記誘電体天井の均一な温度プロファイルを維持するように構成された複数の熱源と
   を備える、装置。
2. 前記ヒータジャケットが３つの発熱体を備える、請求項１に記載の装置。
3. 第１の発熱体が、前記ポンプポートの前記第１の領域を加熱するように構成される、請求項２に記載の装置。
4. 第２の発熱体が、前記ポンプポートの前記第２の領域を加熱するように構成される、請求項２に記載の装置。
5. 第３の発熱体が、前記ポンプポートの前記第３の領域を加熱するように構成される、請求項２に記載の装置。
6. 前記複数の発熱体が、前記ポンプポートの均一な温度プロファイルを維持するように構成される、請求項１に記載の装置。
7. 前記複数の発熱体が、前記ポンプポートを８０℃から１３０℃の間の温度に維持する、請求項１に記載の装置。
8. 前記熱源が、前記誘電体天井を８０℃から１３０℃の間の一定の温度に維持する、請求項１に記載の装置。
9. 基板を処理する装置であって、
   導電性本体に接続される誘電体天井を備え、前記誘電体天井及び前記導電性本体が処理容積を画定しており、更に、
   前記処理容積に対して非対称に配置されるポンプポートと、
   前記ポンプポートの周りに配設されたジャケット本体と、
   前記ポンプポートの第１の領域に隣接して前記ジャケット本体内に配設された第１の発熱体と、
   前記ポンプポートの第２の領域に隣接して前記ジャケット本体内に配設された第２の発熱体と、
   前記ポンプポートの第３の領域に隣接して前記ジャケット本体内に配設された第３の発熱体と
   を備える、装置。
10. 前記第１の発熱体が、第１の温度を維持するように構成され、前記第２の発熱体が、第２の温度を維持するように構成され、前記第３の発熱体が、第３の温度を維持するように構成され、前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記第３の温度とが異なる、請求項９に記載の装置。

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