JP6454409B2 - Atomic layer etching apparatus and atomic layer etching method using the same - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
Description
技術分野
本発明はエッチングの分野に関し、特に原子層エッチング装置および同装置を用いる原子層のエッチング方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of etching, and more particularly to an atomic layer etching apparatus and an atomic layer etching method using the same.
背景
現在、原子層体積（ＡＬＤ）技術は、電界効果トランジスタのhigh-Kゲート誘電体層を製造するための主流のプロセスとして、半導体業界において幅広く適用されてきた。これに関連した減法処理で、原子層エッチング（ＡＬＥ）技術もまた、適用の必要性があり開発されてきた。ＧａＡｓ原子層エッチングを達成する最初の解決策はＣｌ２吸着および電子ビームエッチングを交互に実行することである。関連技術における原子層エッチング技術は長いエッチングサイクル、低いエッチング効率、複雑な装置など多くの欠点を有している。
BACKGROUND Currently, atomic layer volume (ALD) technology has been widely applied in the semiconductor industry as a mainstream process for fabricating high-K gate dielectric layers of field effect transistors. In this related subtractive process, atomic layer etching (ALE) technology has also been developed with a need for application. The first solution to achieve GaAs atomic layer etching is to perform Cl 2 adsorption and electron beam etching alternately. The atomic layer etching technique in the related art has many drawbacks such as a long etching cycle, low etching efficiency and complicated equipment.
要約
本発明は関連技術における技術的な問題の１つを少なくとも一定程度解決することを目的とする。この目標のために、本発明の目的は、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮し、単純な構造を有する原子層エッチング装置を提案することである。
Summary The present invention aims to solve at least some of the technical problems in the related art. To this end, the object of the present invention is to propose an atomic layer etching apparatus with a simple structure, which significantly improves the etching rate and shortens the etching cycle.
本発明の他の目的は本発明によって設けられた原子層エッチング装置を用いる原子層エッチング方法を提案することであり、それもまたエッチング速度を著しく改善し、エッチングサイクルを短縮し、使用される装置の複雑さを低減する。 Another object of the present invention is to propose an atomic layer etching method using the atomic layer etching apparatus provided by the present invention, which also significantly improves the etching rate, shortens the etching cycle, and the apparatus used. Reduce the complexity.
本発明の実施形態による原子層エッチング装置は、その内部に反応チャンバが設けられる、反応空間と、反応チャンバ内に設けられ反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割するバッフルアセンブリとを備え、バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを備え、バッフルの厚み方向にバッフルを貫通する貫通孔がバッフル内に設けられ、バッフルは接地されるか直流（ＤＣ）バイアス電源に接続され、上側チャンバ内の荷電粒子が下側チャンバ内に入るのを防止し、活性中性粒子が下側チャンバ内に入るのを許容し、上側チャンバは反応チャンバ内にガスを供給するためのガス入口が設けられ、下側チャンバにはウェハを保持するための支持構成要素と反応チャンバからのガスを排出するためのガス出口とが設けられ、原子層エッチング装置はさらに、上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起する、第１のプラズマ発生装置と、下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起する、第２のプラズマ発生装置を備える。 An atomic layer etching apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction space in which a reaction chamber is provided, and a baffle assembly that is provided in the reaction chamber and divides the reaction chamber into an upper chamber and a lower chamber, The baffle assembly includes at least one baffle, and a through-hole penetrating the baffle in the thickness direction of the baffle is provided in the baffle. The baffle is grounded or connected to a direct current (DC) bias power source, and charged particles in the upper chamber. Is prevented from entering the lower chamber, allowing active neutral particles to enter the lower chamber, the upper chamber being provided with a gas inlet for supplying gas into the reaction chamber, Includes a support component for holding the wafer and a gas outlet for exhausting gas from the reaction chamber. Etching apparatus further excites enters gas in the upper chamber to plasma, comprising a first plasma generator to excite the contained gas to the lower chamber in the plasma, the second plasma generator.
任意に、少なくとも１つのバッフルは複数のバッフルを備え、一定の間隔で主直方向に配置され、複数のバッフルの中の一番上のバッフルは接地される。 Optionally, the at least one baffle comprises a plurality of baffles and is arranged in the main straight direction at regular intervals, and the top baffle of the plurality of baffles is grounded.
任意に、複数のバッフルの中の底のバッフルと支持構成要素との間の距離は５ｃｍから５０ｃｍの範囲にある。 Optionally, the distance between the bottom baffle and the support component in the plurality of baffles is in the range of 5 cm to 50 cm.
任意に、隣接するバッフルの間の距離は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。
任意に、バッフルは０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚さを有する。
Optionally, the distance between adjacent baffles is in the range of 0.1 mm to 10 mm.
Optionally, the baffle has a thickness in the range of 0.5 mm to 20 mm.
任意に貫通項は１０μｍから１０ｍｍの範囲の径方向の寸法を有する。
任意に、バッフルは金属部、グラファイト部またはコーティングされた金属部である。
Optionally, the penetrating term has a radial dimension in the range of 10 μm to 10 mm.
Optionally, the baffle is a metal part, a graphite part or a coated metal part.
任意に、第１のプラズマ発生装置は誘電体窓上に反応チャンバの上部に設けられるコイルと、第１の無線周波数（ＲＦ）電源とを備え、第２のプラズマ発生装置は支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備える。 Optionally, the first plasma generator comprises a coil provided on top of the reaction chamber on the dielectric window, and a first radio frequency (RF) power source, and the second plasma generator is connected to the support component. A second RF power source.
任意に、第１のガス入口は上側チャンバの上部に設けられ反応ガスを反応チャンバ内に導入するために使用され、第２のガス入口は上側チャンバの側部に設けられパージガスを反応チャンバ内に導入するために使用される。 Optionally, a first gas inlet is provided at the top of the upper chamber and used to introduce reaction gas into the reaction chamber, and a second gas inlet is provided at the side of the upper chamber to allow purge gas into the reaction chamber. Used to introduce.
本発明で設けられた原子層エッチング装置において、反応チャンバ内で設置された直流電源と接続されたバッフルアセンブリを提供することにより、活性中性粒子はプラズマ内の荷電粒子から分離され、活性中性粒子はバッフルアセンブリを通過し、下側チャンバ内のウェハの表面へ吸着され、これにより旧来の反応ガス吸着を活性粒子を用いた化学的吸着への置換を達成する。本発明における吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するだけでなく、化学的吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減し活性粒子の強い吸着力によりプロセスのコストを下げる。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明に採用され、装置の複雑性を低減して単純で信頼性のある構造を有する原子層エッチング装置を得ることができ、これによりイオンビーム／中性粒子を用いる脱離が採用された装置と比較して大量生産を促進する。 In the atomic layer etching apparatus provided in the present invention, the active neutral particles are separated from the charged particles in the plasma by providing a baffle assembly connected to a direct current power source installed in the reaction chamber. The particles pass through the baffle assembly and are adsorbed onto the surface of the wafer in the lower chamber, thereby achieving a substitution of traditional reactive gas adsorption with chemical adsorption using active particles. The adsorbed particles in the present invention are active particles, thus not only significantly improving the etching rate and shortening the etching cycle, but also greatly reducing the amount of reactive gas used for etching in the chemically adsorbed phase. Reduces process costs by strong adsorption. In addition, desorption of the purge gas using plasma ions is employed in the present invention to reduce the complexity of the apparatus and to obtain an atomic layer etching apparatus having a simple and reliable structure. Promotes mass production compared to devices employing desorption using neutral particles.
他の態様として、本発明は本発明で設けられた原子層エッチング装置を用いる原子層エッチング方法をさらに提供し、方法は、支持要素上の反応のためのウェハを位置するステップＳ１と，反応チャンバ内に反応ガスを導入し、上側チャンバに入った反応ガスをプラズマに励起する第１のプラズマ発生装置を開始し、プラズマ内の活性中性粒子はバッフル内の通過と、上側チャンバから下側チャンバに入り込みウェハの表面への吸着を許容され、プラズマ内の荷電粒子はバッフルアセンブリによって上側チャンバから下側チャンバに入り込むのが防止されるステップＳ２と、反応ガスの注入を停止し、第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３と、パージガスを反応チャンバ内に導入し、ガス出口を介して反応チャンバから反応残滓を排出するステップＳ４と、パージガスの導入を停止するステップＳ５と、反応チャンバ内に反応ガスを導入し下側チャンバに入る反応ガスプラズマに励起する第２のプラズマ発生装置を開始して、そこに吸着された活性中性粒子を有するウェハの表面に放射線を当てるステップＳ６と、反応ガスの導入を停止し、第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７と、反応チャンバ内にパージガスを導入し、反応チャンバからガス出口を介して反応残滓を排出するステップＳ８と、パージガスの導入を停止するステップＳ９と、以上のステップＳ２からＳ８をエッチング深さが所定の値に達するまで繰り返すステップを備える。 As another aspect, the present invention further provides an atomic layer etching method using the atomic layer etching apparatus provided in the present invention, the method comprising a step S1 of positioning a wafer for reaction on a support element, and a reaction chamber A first gas generation apparatus is started to introduce a reaction gas into the upper chamber and excite the reaction gas entering the upper chamber into a plasma. Active neutral particles in the plasma pass through the baffle, and the upper chamber to the lower chamber. Step S2 in which adsorption to the wafer surface is permitted and charged particles in the plasma are prevented from entering the lower chamber from the upper chamber by the baffle assembly, and the reaction gas injection is stopped, and the first plasma is stopped. Step S3 for turning off the generator, and introducing purge gas into the reaction chamber and discharging the reaction residue from the reaction chamber through the gas outlet Start step S4, stop introduction of purge gas, start step S5, and start a second plasma generating apparatus for introducing reaction gas into the reaction chamber and exciting it into the reaction gas plasma entering the lower chamber. Step S6 for irradiating the surface of the wafer having active neutral particles, step S7 for stopping the introduction of the reaction gas and extinguishing the second plasma generator, and introducing the purge gas into the reaction chamber. Step S8 for discharging the reaction residue through the gas outlet, Step S9 for stopping the introduction of the purge gas, and Steps S2 to S8 are repeated until the etching depth reaches a predetermined value.
任意に、第１のプラズマ発生装置は誘電体窓上に反応チャンバの上部に設けられるコイルとコイルに接続された第１の無線周波数（ＲＦ）電源とを備え、第１のプラズマ発生装置を開始するステップＳ２は第１のＲＦ電源の出力を１００Ｗから１０００Ｗの範囲内に設定するステップを含み、第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３は第１のＲＦ電源の出力を０に設定するステップを含む。 Optionally, the first plasma generator comprises a coil provided on top of the reaction chamber on the dielectric window and a first radio frequency (RF) power source connected to the coil to start the first plasma generator Step S2 includes setting the output of the first RF power source within a range of 100 W to 1000 W, and step S3 for turning off the first plasma generator includes setting the output of the first RF power source to 0. Including.
任意に、第２のプラズマ発生装置は支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備え、第２のプラズマ発生装置を開始するステップＳ５は第２のＲＦ電源の出力を３０Ｗから１００Ｗの範囲内に設定するステップを含み、第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７は第２のＲＦ電源の出力を０に設定するステップを含む。 Optionally, the second plasma generator comprises a second RF power source connected to the support component, and step S5 of starting the second plasma generator causes the output of the second RF power source to range from 30W to 100W. The step S7 for turning off the second plasma generator includes the step of setting the output of the second RF power source to zero.
任意に、ステップＳ２における反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃｌ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｂｒ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｏ２およびＳｉＯ２の少なくとも１つである。 Optionally, the reaction gas is CF 4 at step S2, CHF 3, CH 2 F 2, CH 3 F, Cl 2, HF, HCl, HBr, SF 6, NF 3, Br 2, BCl 3, SiCl 4, O 2 And at least one of SiO 2.
任意に、ステップＳ２における反応ガスはＣｌ２であり、５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内の流率を有する。 Optionally, the reaction gas in step S2 is Cl 2 and has a flow rate in the range of 5 sccm to 200 sccm.
任意に、ステップＳ６における反応ガスは不活性ガスである。
任意に、ステップＳ６における不活性ガスはＨｅ、Ｎｉ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも１つである。
Optionally, the reaction gas in step S6 is an inert gas.
Optionally, the inert gas in step S6 is at least one of He, Ni, Ar, Kr and Xe.
任意に、ステップＳ６における反応ガスはＨｅであり、１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内の流率を有する。 Optionally, the reaction gas in step S6 is He and has a flow rate in the range of 10 sccm to 200 sccm.
任意に、第１のガス入口が上側チャンバの上部に設けられ、反応ガスは第１のガス入口を介して反応チャンバに入り、パージガスは第２のガス入口を介して反応チャンバに入る。 Optionally, a first gas inlet is provided at the top of the upper chamber, the reaction gas enters the reaction chamber via the first gas inlet, and the purge gas enters the reaction chamber via the second gas inlet.
任意に、バッフルアセンブリは垂直方向に一定の間隔で３つのバッフルを備え、３つのバッフルのうち一番上のものと一番底のものは接地され、３つのバッフルのうちの中間のバッフルは直流(ＤＣ)バイアス電源に接続される。 Optionally, the baffle assembly has three baffles at regular intervals in the vertical direction, the top and bottom of the three baffles being grounded, and the middle baffle of the three baffles being a direct current Connected to (DC) bias power supply.
任意に、ＤＣバイアス電源の出力電圧は５Ｖから１００Ｖの範囲にある。好ましくは、ＤＣバイアス電源の出力電圧は１０Ｖから５０Ｖの範囲にある。 Optionally, the output voltage of the DC bias power supply is in the range of 5V to 100V. Preferably, the output voltage of the DC bias power supply is in the range of 10V to 50V.
本発明で設けられた原子層エッチング方法において、活性中性粒子のプラズマ内の荷電粒子からの分離が達成され、活性中性粒子はウェハの表面上に吸着され得るので、旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成される。本発明における吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するのみならず、化学的吸着相における反応ガスの量を大きく低減し活性粒子の強い吸着力によるプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、本発明におけるパージガスのプラズマイオンを用いる吸着は、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減するのみならず、イオンビーム／中性粒子ビームを用いる吸着が採用された方法と比較して、大量生産の促進も可能である。 In the atomic layer etching method provided in the present invention, the separation of the active neutral particles from the charged particles in the plasma is achieved, and the active neutral particles can be adsorbed on the surface of the wafer. A substitution for chemisorption using active particles is achieved. The adsorbed particles in the present invention are active particles, thus not only significantly improving the etching rate and shortening the etching cycle, but also greatly reducing the amount of reaction gas in the chemical adsorption phase and reducing the process cost due to the strong adsorption force of the active particles. It can also be suppressed. In addition, the adsorption of the purge gas using plasma ions in the present invention not only reduces the complexity of the atomic layer etching apparatus used, but also compared with a method employing adsorption using an ion beam / neutral particle beam. Therefore, mass production can be promoted.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
詳細な説明
本発明の実施形態は以下に詳細に説明され、実施形態の例は添付の図面に示され、図面では同一または類似の参照番号は全体を通じて同一または類似の要素または同一または類似の機能を有する要素を差し示す。図面を参照して説明される以下の実施形態は例示的であり本発明を説明することが意図され本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
DETAILED DESCRIPTION Embodiments of the present invention are described in detail below, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, in which the same or similar reference numerals are used to refer to the same or similar elements or the same or similar functions throughout. Indicates an element with The following embodiments described with reference to the drawings are exemplary and are intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the invention.
本発明の説明において、「厚み」、「上」、「下」、「上部」、「底」、「内側」、「外側」、「径方向」またはそれに類するものなどの用語で表示された向きまたは位置関係は図面に示された向きまたは位置関係であり、単に本発明の説明を促進し単純化する目的のものであり、含まれた装置または要素が特定の向きを有したり特定の向きに設計され操作されなければならないことを指示しまたは提示するものではなく、こうして本発明を限定するものと解釈されるべきでないことが理解されるべきである。 In the description of the present invention, the orientation indicated in terms such as “thickness”, “top”, “bottom”, “top”, “bottom”, “inside”, “outside”, “radial” or the like Or the positional relationship is the orientation or positional relationship shown in the drawings, and is merely for the purpose of facilitating and simplifying the description of the invention, and the included device or element has a particular orientation or a particular orientation. It is to be understood that this should not be construed or suggested as having to be designed and operated on, and thus should not be construed as limiting the invention.
加えて、「第１の」、「第２の」などの用語は、単に説明の目的で使用され、相対的重要性を指示または提示したり、含まれる技術的特徴の数を暗黙に指示するものと解釈されるべきではない。本発明の説明において、「複数の」という表現は、具体的にそれ以外に規定されない限り２またはそれ以上を示す。 In addition, terms such as “first”, “second”, etc. are used merely for illustrative purposes, indicating or presenting relative importance, or implicitly indicating the number of technical features included. It should not be interpreted as a thing. In the description of the present invention, the expression “plurality” indicates two or more unless specifically specified otherwise.
本発明のエッセンスは原子層エッチング装置および同装置を使用するエッチング方法を提供することである。原子層エッチング装置の反応チャンバにおいて、反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割可能なバッフルアセンブリが設けられる。バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを含み、それぞれの内部には厚み方向にバッフルを貫通する貫通孔が設けられる。それぞれのバッフルはグラウンドに電気的に接続され（以下では単に「接地された」という）るかＤＣバイアス電源に接続され、上側チャンバ内の荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止し活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容する。さらに、原子層エッチング装置はまた上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するための第１のプラズマ発生装置と、下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するための第２のプラズマ発生装置が設けられる。原子層エッチング装置および原子層エッチング方法を基礎として、旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成される。さらに、本発明における吸着粒子は活性粒子であり、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するだけでなく、化学的吸着相において用いられるエッチングのための反応ガスの量を大きく低減しプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明に採用され、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減するだけでなく、イオンビーム／中性粒子ビームを用いる脱離と比較して大量生産も促進する。 The essence of the present invention is to provide an atomic layer etching apparatus and an etching method using the same. In the reaction chamber of the atomic layer etching apparatus, a baffle assembly capable of dividing the reaction chamber into an upper chamber and a lower chamber is provided. The baffle assembly includes at least one baffle, and each has a through hole penetrating the baffle in the thickness direction. Each baffle is electrically connected to ground (hereinafter simply referred to as “grounded”) or connected to a DC bias power source to prevent charged particles in the upper chamber from entering the lower chamber and active neutrality. Allow particles to enter the lower chamber. Further, the atomic layer etching apparatus also includes a first plasma generator for exciting the gas entering the upper chamber to plasma, and a second plasma generator for exciting the gas entering the lower chamber to plasma. Provided. Based on the atomic layer etching apparatus and the atomic layer etching method, the replacement of the conventional reaction gas adsorption with chemical adsorption using active particles is achieved. Furthermore, the adsorbed particles in the present invention are active particles, not only significantly improving the etching rate and shortening the etching cycle, but also greatly reducing the amount of reactive gas for etching used in the chemically adsorbed phase, thereby reducing the process cost. It can also be suppressed. In addition, desorption using purge gas plasma ions is employed in the present invention, which not only reduces the complexity of the atomic layer etching apparatus used, but also compared to desorption using an ion beam / neutral particle beam. Promote mass production.
本発明のある具体的な実施形態による原子層エッチング装置１００の構造は図１および図２を参照して詳細に以下に説明される。ここで、本実施形態で設けられる原子層エッチング装置１００はウェハ２０１をエッチングするために使用され、それはＳｉ、Ｇｅ、Ｃまたはこれらに類するものなどの単一の要素のウェハ素材部でもよく、ＧａＡｓ、ＧａＮまたはこれらに類するものなどの混合物のウェハ素材部でもよい。 The structure of an atomic layer etching apparatus 100 according to a specific embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 and 2. Here, the atomic layer etching apparatus 100 provided in the present embodiment is used to etch the wafer 201, which may be a single-element wafer material portion such as Si, Ge, C or the like, and GaAs It may be a wafer material part of a mixture of GaN, GaN or the like.
本実施形態で設けられた原子層エッチング装置１００は反応空間１、バッフルアセンブリ２０３、第１のプラズマ発生装置、パージアセンブリ２０７、抽出装置２１２、支持構成要素２０２および第２のプラズマ発生装置を備える。 The atomic layer etching apparatus 100 provided in this embodiment includes a reaction space 1, a baffle assembly 203, a first plasma generator, a purge assembly 207, an extraction device 212, a support component 202, and a second plasma generator.
ここで、反応空間１は反応チャンバ１０を規定して形成し、バッフルアセンブリ２０３は反応チャンバ１０を上側チャンバ２１３と下側チャンバ２１４とに分割するために反応チャンバ１０内に設けられる。ガス出口２１７は下側チャンバ２１４の底壁に設けられ、設定された真空ポンプでもよい抽出装置２１２は、ガス出口２１７に直接接続される。反応ガスを反応チャンバ１０内に導入するための吸入ノズル２０４が設けられた第１のガス出口２１６は上側チャンバの上部（すなわち上側チャンバ２１３の上壁内）に設けられ、パージアセンブリ２０７に接続されパージガスを反応チャンバ１０に供給するために使用される第２のガス入口２１５は上側チャンバ２１３の側面（すなわち上側チャンバ２１３の側壁内）に設けられる。実践的な適用例において、第２のガス入口２１５は下側チャンバ２１４の側壁内に設けられてもよい。第１のガス入口２１６を第２のガス入口２１５と分離することにより、反応チャンバ１０内のそれぞれのコーナーに残る反応ガスを空にする効果は改善可能であり、次のサイクルにおける吸着プロセス上の有害な効果が回避可能である。 Here, the reaction space 1 defines and forms the reaction chamber 10, and the baffle assembly 203 is provided in the reaction chamber 10 to divide the reaction chamber 10 into an upper chamber 213 and a lower chamber 214. A gas outlet 217 is provided in the bottom wall of the lower chamber 214, and an extraction device 212, which may be a set vacuum pump, is directly connected to the gas outlet 217. A first gas outlet 216 provided with a suction nozzle 204 for introducing reaction gas into the reaction chamber 10 is provided at the upper part of the upper chamber (ie, in the upper wall of the upper chamber 213) and connected to the purge assembly 207. A second gas inlet 215 used to supply the purge gas to the reaction chamber 10 is provided on the side of the upper chamber 213 (ie, in the side wall of the upper chamber 213). In practical applications, the second gas inlet 215 may be provided in the side wall of the lower chamber 214. By separating the first gas inlet 216 from the second gas inlet 215, the effect of emptying the reactive gas remaining at each corner in the reaction chamber 10 can be improved, and on the adsorption process in the next cycle. Harmful effects can be avoided.
バッフルアセンブリ２０３は３つのバッフル３０３すなわち第１のバッフル３０３ａ、第２のバッフル３０３ｂおよび第３のバッフル３０３ｃを含み、垂直方向に一定間隔をおいて配置される。隣接するバッフル３０３の距離は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲内であり、３つのバッフル３０３の間で、上側チャンバ２１３内でプラズマ４０２と直接接触するバッフル３０３（すなわち図２における一番上の第１のバッフル３０３ａ）は接地され、中間の第２のバッフル３０３ｂは直流バイアス電源に接続され、一番下の第３のバッフル３０３ｃは接地される。それぞれのバッフル３０３は０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚みを有し、バッフル３０３の厚み方向にバッフル３０３を貫通する貫通孔が内部に設けられる。それぞれのバッフル３０３の貫通孔３０２は均等に分散されて同一のサイズを有し、貫通孔３０２は円形、長方形またはその他の形状でもよく、それぞれの貫通孔３０２は１０μｍから１０ｍｍの範囲の径方向の寸法を有する。それぞれのバッフル３０３は金属部（たとえばアルミニウム、ステンレス鋼、またはこれらに類するもの）、グラファイト部またはコーティングされた金属部である。たとえば、バッフル３０３は陽極酸化処理された酸化アルミニウム、Ｙ２Ｏ３、ＴＩＮ、Ｓｉまたはこれらに類するもののコーティングを含むアルミニウム部でもよく、グラファイトはバッフル３０３の素材として選ばれる。 The baffle assembly 203 includes three baffles 303, that is, a first baffle 303a, a second baffle 303b, and a third baffle 303c, which are arranged at regular intervals in the vertical direction. The distance between adjacent baffles 303 is in the range of 0.1 mm to 10 mm, and between the three baffles 303, the baffle 303 that is in direct contact with the plasma 402 in the upper chamber 213 (ie, the first first baffle in FIG. 2). Baffle 303a) is grounded, the intermediate second baffle 303b is connected to a DC bias power source, and the bottom third baffle 303c is grounded. Each baffle 303 has a thickness in the range of 0.5 mm to 20 mm, and a through-hole penetrating the baffle 303 in the thickness direction of the baffle 303 is provided inside. The through holes 302 of each baffle 303 are equally distributed and have the same size, and the through holes 302 may be circular, rectangular or other shapes, and each through hole 302 has a radial direction in the range of 10 μm to 10 mm. Have dimensions. Each baffle 303 is a metal part (eg, aluminum, stainless steel, or the like), a graphite part, or a coated metal part. For example, the baffle 303 may be an anodized aluminum oxide, an aluminum part containing a coating of Y 2 O 3 , TIN, Si or the like, and graphite is selected as the material of the baffle 303.
本発明において、バッフルアセンブリ２０３の主要な機能は荷電粒子を弾き集めることであり、上側チャンバ２１３内の荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止し活性中性粒子４０３が貫通孔３０２を通過して下側チャンバ２１４内のウェハ２０１の表面に到達するのを許容する。手短にいえば、バッフルアセンブリ２０３は上側チャンバ２１３内の荷電粒子が下側チャンバ２１４に入るのを防止するが活性中性粒子が下側チャンバ２１４に入るのを許容する。実践的な適用例において、バッフル３０３の数は本実施形態における３つに限定されず、１、２または３つよりも多くてもよいことが理解可能である。バッフル３０３の数に関わらず、それぞれのバッフル３０３は荷電粒子を集める目的で設置されてもよく、または荷電粒子を弾く目的でＤＣバイアス電源に接続されてもよい。バッフルアセンブリ２０３内に複数のバッフルがあるケースにおいて複数のバッフル３０３は垂直方向に一定の間隔で配置され、一番底にあるバッフル３０３と支持構成要素２０２との間の距離は好ましくは５ｃｍから５０ｃｍの範囲内である。加えて、実践的な適用例において、バッフルの数や形状は、バッフルアセンブリ２０３が荷電粒子が通過するのを防止するが活性中性粒子の通過を許容することを保障する限り特に限定されない。 In the present invention, the main function of the baffle assembly 203 is to bounce charged particles, preventing charged particles in the upper chamber 213 from entering the lower chamber and allowing the active neutral particles 403 to pass through the through holes 302. To reach the surface of the wafer 201 in the lower chamber 214. Briefly, the baffle assembly 203 prevents charged particles in the upper chamber 213 from entering the lower chamber 214, but allows active neutral particles to enter the lower chamber 214. In practical applications, it can be appreciated that the number of baffles 303 is not limited to three in this embodiment, but may be greater than one, two or three. Regardless of the number of baffles 303, each baffle 303 may be installed for the purpose of collecting charged particles or connected to a DC bias power source for the purpose of repelling charged particles. In cases where there are a plurality of baffles in the baffle assembly 203, the plurality of baffles 303 are arranged at regular intervals in the vertical direction, and the distance between the bottom baffle 303 and the support component 202 is preferably 5 to 50 cm. Is within the range. In addition, in practical applications, the number and shape of the baffles is not particularly limited as long as the baffle assembly 203 prevents the passage of charged particles but allows the passage of active neutral particles.
本実施形態において、第１のプラズマ発生装置はコイル２０５、第１のアダプタ２０８および第１のＲＦ電源２０９を含み、上側チャンバ２１３に入った反応ガスを、高濃度プラズマであるプラズマ４０２に励起するために使用される。具体的には、コイル２０５は反応チャンバ１０の上部における誘電体窓２０６上に配置され、第１のアダプタ２０８を介して第１のＲＦ電源２０９に接続される。ここで、誘電体窓２０６はエネルギー結合の役割を担い、誘電性のセラミッククオーツまたはこれに類するもので作られてもよい。コイル２０５が誘電コイルであるとき、第１のＲＦ電源２０９はＲＦ電力をコイル２０５に提供し、コイル２０５と誘電体窓２０６の協働のもとで、コイル２０５内のＲＦエネルギーは、誘電結合の方法で反応チャンバ１０内の反応ガスに結合されて適用され、荷電粒子と活性中性粒子４０３を含むプラズマを発生させる。これはいわば、コイル２０５が誘電コイルであるとき、反応チャンバ１０内で発生されるプラズマは誘導結合プラズマである。第１のプラズマ発生装置の構造は、上側チャンバ２１３に入った反応ガスが第１のプラズマ発生装置の活動のもとでプラズマ４０２に励起され得ることが保障される限り、これに限定されないことが理解されるべきである。これとは別に、第１のプラズマ発生装置で発生されたプラズマは必ずしも誘導結合プラズマに限定されず、たとえば、力結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、連続プラズマ、パルスプラズマなど他の種類のプラズマでもよい。 In the present embodiment, the first plasma generator includes a coil 205, a first adapter 208, and a first RF power source 209, and excites a reaction gas that has entered the upper chamber 213 into a plasma 402 that is a high-concentration plasma. Used for. Specifically, the coil 205 is disposed on the dielectric window 206 in the upper part of the reaction chamber 10, and is connected to the first RF power source 209 via the first adapter 208. Here, the dielectric window 206 plays a role of energy coupling and may be made of a dielectric ceramic quartz or the like. When the coil 205 is a dielectric coil, the first RF power source 209 provides RF power to the coil 205, and under the cooperation of the coil 205 and the dielectric window 206, the RF energy in the coil 205 is inductively coupled. In this way, a plasma containing charged particles and active neutral particles 403 is generated by being combined with the reaction gas in the reaction chamber 10 and applied. In other words, when the coil 205 is a dielectric coil, the plasma generated in the reaction chamber 10 is inductively coupled plasma. The structure of the first plasma generator is not limited to this as long as it is ensured that the reaction gas entering the upper chamber 213 can be excited by the plasma 402 under the action of the first plasma generator. Should be understood. Apart from this, the plasma generated by the first plasma generator is not necessarily limited to inductively coupled plasma, and may be other types of plasma such as force coupled plasma, microwave plasma, continuous plasma, and pulsed plasma.
本実施形態において、第２のプラズマ発生装置は第２のＲＦ電源、第２のアダプタ２１０および支持構成要素２０２を含み、下側チャンバ２１４に入った反応ガスをプラズマに励起するために使用される。具体的には、第２のＲＦ電源２１１は支持構成要素２０２にＲＦ電力を供給するために第２のアダプタ２１０を介して支持構成要素２０２に接続され、第２のアダプタ２１０の手段により、第２のＲＦ電源２１１によって設けられたＲＦ電力は使用の様々な要求を満たし得ることが保障される。第２のプラズマ発生装置を制御することにより、プラズマ内のイオン４０５のエネルギーはイオンが吸着された活性中性粒子４０３を有する表面原子とのみ反応する、すなわちエネルギーはウェハ２０１の表面原子の固着のみを破壊するが、表面原子の層の下の原子の著しい物理スパッタリングに帰着するほど大きくはないことが保障される。言い換えれば、下側チャンバ２１４内の反応ガスが励起されて発生されたプラズマは低エネルギープラズマである。第１のプラズマ発生装置と同様に、第２のプラズマ発生装置もまた任意の適当な構造を有し得る。 In this embodiment, the second plasma generator includes a second RF power source, a second adapter 210 and a support component 202, and is used to excite the reaction gas entering the lower chamber 214 into the plasma. . Specifically, the second RF power source 211 is connected to the support component 202 via the second adapter 210 to supply RF power to the support component 202, and by means of the second adapter 210, It is ensured that the RF power provided by the two RF power sources 211 can meet various usage requirements. By controlling the second plasma generator, the energy of the ions 405 in the plasma reacts only with the surface atoms having the active neutral particles 403 on which the ions are adsorbed, that is, the energy is only fixed to the surface atoms of the wafer 201. It is guaranteed that it is not so great as to result in significant physical sputtering of atoms below the surface atom layer. In other words, the plasma generated by exciting the reaction gas in the lower chamber 214 is a low energy plasma. Similar to the first plasma generator, the second plasma generator may also have any suitable structure.
図１および図２に示された原子層エッチング装置１００を用いるウェハ２０１のエッチングプロセスは図３を交えて詳細に以下に説明される。プロセスは具体的には以下のステップを含む。 The etching process of the wafer 201 using the atomic layer etching apparatus 100 shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail below with reference to FIG. The process specifically includes the following steps.
ステップＳ１１において、反応されきれいな表面を有するウェハ２０１は支持構成要素２０２上に位置づけられる。 In step S 11, a wafer 201 that has been reacted and has a clean surface is positioned on a support component 202.
ステップＳ１２において、すなわち、化学的吸着相において、反応ガスは吸入ノズル２０４を介して反応チャンバ１０内に導入される。本実施形態において、Ｃｌ２はエッチング反応ガスとして使用され、そのフロー率は５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内であり、反応チャンバ１０内のガス圧は０．５ｍＴから１００ｍＴの範囲内に制御される。第１のＲＦ電源の電力は１００Ｗから１０００Ｗの範囲内にあり、第２のＲＦ電源から支持構成要素２０２上に適用される電力は０Ｗであるので高密度プラズマ４０２は上側チャンバ（すなわち高密度プラズマ発生チャンバ）２１３内の反応ガスから形成され得て、つまり、Ｃｌ２はＲＦエネルギーによって励起されるようにイオン化されかつ分解され、最終的な粒子はＣｌイオン、Ｃｌ原子、Ｃｌ２分子および電子などを主に含む。このケースにおいて、第１のバッフル３０３ａおよび第３のバッフル３０３ｃは荷電電子のほとんどを捕えるために接地され、第２のバッフル３０３ｂはＤＣバイアス電源に接続され５Ｖから１００Ｖの範囲の電圧を有し比較的高いエネルギーを有するＣｌイオンなどの荷電粒子が弾かれこうして上側チャンバ２１３内に限定される。結果として、最終的な低エネルギーを有する活性中性粒子４０３（励起された状態のＣｌ２分子およびＣｌ原子）は気流に駆動されてバッフルアセンブリ２０３を通過し、下側チャンバ２１４に入って速やかにウェハ２０１の表面上に吸着する。粒子は活性であるので、その吸着速度は旧来のエッチングプロセスにおける反応ガスよりもはるかに大きい。 In step S12, that is, in the chemical adsorption phase, the reaction gas is introduced into the reaction chamber 10 through the suction nozzle 204. In this embodiment, Cl 2 is used as an etching reaction gas, the flow rate thereof is in the range of 5 sccm to 200 sccm, and the gas pressure in the reaction chamber 10 is controlled in the range of 0.5 mT to 100 mT. Since the power of the first RF power source is in the range of 100 W to 1000 W and the power applied on the support component 202 from the second RF power source is 0 W, the high density plasma 402 is in the upper chamber (ie, the high density plasma). and could be formed from the reaction gas generating chamber) 213, i.e., Cl 2 are ionized as excited by the RF energy and is decomposed, the final particles are Cl ions, Cl atom, Cl 2 molecules and electrons, etc. Including mainly. In this case, the first baffle 303a and the third baffle 303c are grounded to capture most of the charged electrons, and the second baffle 303b is connected to a DC bias power source and has a voltage in the range of 5V to 100V. Charged particles such as Cl ions having a high energy are repelled and are thus limited in the upper chamber 213. As a result, the final active low-energy neutral particles 403 (excited Cl 2 molecules and Cl atoms) are driven by the airflow, pass through the baffle assembly 203, and quickly enter the lower chamber 214. Adsorbed on the surface of the wafer 201. Since the particles are active, their adsorption rate is much greater than the reactive gas in traditional etching processes.
ステップＳ１３において、すなわち、残留反応ガスを放出する相において、反応ガスの導入は停止され、第１のプラズマ発生装置は消され、パージガスは反応チャンバ１０内の残留反応ガスを放出するためにパージアセンブリ２０７を介して反応チャンバ１０に入ることが許容され、抽出手段２１２の手段により、反応チャンバ１０内の残留ガスおよびパージガスは最終的にガス注出口２１７を介して退避される。ここで、パージガスは不活性ガスでもよい。 In step S13, i.e., in the phase of releasing the residual reaction gas, the introduction of the reaction gas is stopped, the first plasma generator is turned off, and the purge gas is purged to release the residual reaction gas in the reaction chamber 10. It is allowed to enter the reaction chamber 10 via 207, and the residual gas and purge gas in the reaction chamber 10 are finally evacuated via the gas outlet 217 by means of the extraction means 212. Here, the purge gas may be an inert gas.
ステップＳ１４において、すなわち、脱離エッチング相において、反応ガスは吸入ノズル２０４を介して反応チャンバ１０内に導入され、第２のプラズマ発生装置は下側チャンバ２１４に入った反応ガスをプラズマに励起するために起動され、吸着された活性中性粒子を有するウェハ２０１の表面に放射線をあてる。具体的に、本実施形態において、不活性ガスＨｅは反応ガスとして使用され、そのフロー率は１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内にあり、反応チャンバ１０内のガス圧は２００ｍＴから４Ｔｏｒｒの範囲内に制御される。第１のＲＦ電源は０Ｗであり、第２のＲＦ電源から支持構成要素２０２に適用される電力は３０Ｗから１００Ｗの範囲内にあるので、低エネルギー（１００ｅＶ未満）プラズマ４０４は下側チャンバ（すなわち低エネルギープラズマ発生チャンバ）２１４内の反応ガスから形成可能であり、これによりウェハ２０１の表面に放射線をあてる。第２のＲＦ電源の電力を制御することにより、プラズマ４０４内のイオン４０５のエネルギーはイオンが吸着された活性中性粒子を有する表面原子とのみ反応し、エネルギーはウェハ２０１の表面原子の固着を遮断するが、表面原子の層の下の原子に著しい物理スパッタリングを生じないほどには強くないよう制御される。 In step S14, that is, in the desorption etching phase, the reaction gas is introduced into the reaction chamber 10 through the suction nozzle 204, and the second plasma generator excites the reaction gas that has entered the lower chamber 214 into plasma. For this purpose, radiation is applied to the surface of the wafer 201 which has been activated and has adsorbed active neutral particles. Specifically, in this embodiment, the inert gas He is used as a reaction gas, the flow rate thereof is in the range of 10 sccm to 200 sccm, and the gas pressure in the reaction chamber 10 is controlled in the range of 200 mT to 4 Torr. The Since the first RF power source is 0 W and the power applied to the support component 202 from the second RF power source is in the range of 30 W to 100 W, the low energy (less than 100 eV) plasma 404 is in the lower chamber (ie It can be formed from the reaction gas in the low energy plasma generation chamber 214, thereby irradiating the surface of the wafer 201 with radiation. By controlling the power of the second RF power source, the energy of the ions 405 in the plasma 404 reacts only with the surface atoms having active neutral particles on which the ions are adsorbed, and the energy adheres to the surface atoms of the wafer 201. It is controlled to block but not so strong that it does not cause significant physical sputtering of the atoms below the layer of surface atoms.
ステップＳ１５において、パージガスはパージアセンブリ２０７を介して反応チャンバ１０内に入ることが許容され、抽出装置２１２の手段により、反応チャンバ内の残留反応ガスおよびパージガスはガス出口２１７を介して最終的に排出され、反応チャンバ内のエッチング副産物４０６は排出される。 In step S15, purge gas is allowed to enter the reaction chamber 10 via the purge assembly 207, and residual reaction gas and purge gas in the reaction chamber are finally discharged via the gas outlet 217 by means of the extraction device 212. The etching by-product 406 in the reaction chamber is discharged.
ステップＳ１１からＳ１５に進んだ後、ウェハ２０１の表面原子の層はエッチングされる。異なる深さのエッチングを達成するために、ステップＳ１２からＳ１５はウェハ２０１の表面上の原子がエッチ深さが所定の値に達するまで層毎にエッチングされるよう繰り返される。言い換えれば、本発明の実施形態で設けられたエッチング方法は原子層スケール上の正確なエッチング達成を可能とする。いわゆる原子層スケールとはウェハ２０１の表面にエッチングが行使された際に原子は層毎にエッチング可能であることを意味する。 After proceeding from step S11 to S15, the layer of surface atoms of the wafer 201 is etched. In order to achieve different depth etching, steps S12 to S15 are repeated so that atoms on the surface of the wafer 201 are etched layer by layer until the etch depth reaches a predetermined value. In other words, the etching method provided in the embodiment of the present invention enables accurate etching on the atomic layer scale. The so-called atomic layer scale means that atoms can be etched layer by layer when etching is exerted on the surface of the wafer 201.
本発明の実施形態による原子層エッチング装置１００において、バッフルアセンブリ２０３を接地またはＤＣバイアス電源に接続して提供することにより、プラズマ内の活性中性粒子はプラズマ内の荷電粒子と分離され、活性中性粒子はバッフルアセンブリ２０３の通過が許容され、下側チャンバ２１４内でウェハ２０１の表面上に吸着し、これにより旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着に置換することが達成可能である。本発明の実施形態内の吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮可能なばかりではなく、活性量子の強い吸着力により化学吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減しプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離は本発明の実施形態に採用され、装置の複雑性を低減して単純かつ信頼性のある構造を有する原子層エッチング装置１００を得ることができイオンビーム／中性粒子ビームを用いる脱離が採用される装置と比較して、大量生産をさらに促進する。 In the atomic layer etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the active neutral particles in the plasma are separated from the charged particles in the plasma by providing the baffle assembly 203 connected to a ground or a DC bias power source. The active particles are allowed to pass through the baffle assembly 203 and are adsorbed on the surface of the wafer 201 in the lower chamber 214, thereby making it possible to replace the chemical adsorption using the active particles of the conventional reactive gas adsorption. is there. The adsorbed particles in the embodiments of the present invention are active particles, thus not only can significantly improve the etching rate and shorten the etching cycle, but also are used for etching in the chemisorbed phase due to the strong adsorbing power of the active quantum. It is also possible to greatly reduce the amount of reaction gas and reduce process costs. In addition, desorption using plasma ions of purge gas is employed in the embodiments of the present invention, and the atomic layer etching apparatus 100 having a simple and reliable structure can be obtained by reducing the complexity of the apparatus. / Further promote mass production compared to devices employing desorption using neutral beam.
他の技術的な解決として、本発明は原子層エッチング方法をさらに提供する。本発明の具体的な実施形態で設けられる原子層エッチング方法は図４を参照して詳細に以下に説明される。方法は本発明の以上の実施形態で設けられた原子層エッチング装置の手段により実行され、具体的には以下のステップを含む。 As another technical solution, the present invention further provides an atomic layer etching method. The atomic layer etching method provided in a specific embodiment of the present invention is described in detail below with reference to FIG. The method is executed by means of an atomic layer etching apparatus provided in the above embodiment of the present invention, and specifically includes the following steps.
ステップＳ１において、反応のためのウェハが反応チャンバ内の支持構成要素上に配置される。 In step S1, a wafer for reaction is placed on a support component in the reaction chamber.
ステップＳ２において、反応ガスが前記反応チャンバ内に導入され、第１のＲＦ電源の出力電力は１００Ｗから１０００Ｗの範囲内に設定され、すなわち、第１のプラズマ発生装置は上側チャンバに入った反応ガスを高密度プラズマに励起するために起動され、プラズマ内の活性中性粒子はバッフルアセンブリ内の通過が許容され、上側チャンバから下側チャンバに進み、ウェハの表面上に吸着する一方で、プラズマ内の荷電粒子はバッフルアセンブリに遮断されて荷電粒子は上側チャンバから下側チャンバに進むことが防止される。これはいわば、本実施形態の反応チャンバがバッフルアセンブリによって上側チャンバと下側チャンバとに分割され、バッフルアセンブリは上側チャンバの荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止しつつ上側チャンバ内の活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容する機能を有する。 In step S2, a reaction gas is introduced into the reaction chamber, and the output power of the first RF power source is set in a range of 100 W to 1000 W. That is, the first plasma generator is a reaction gas that has entered the upper chamber. The active neutral particles in the plasma are allowed to pass through the baffle assembly and travel from the upper chamber to the lower chamber and are adsorbed onto the wafer surface, while in the plasma Charged particles are blocked by the baffle assembly to prevent the charged particles from traveling from the upper chamber to the lower chamber. In other words, the reaction chamber of this embodiment is divided into an upper chamber and a lower chamber by the baffle assembly, and the baffle assembly prevents the charged particles of the upper chamber from entering the lower chamber while being active in the upper chamber. It has a function to allow sex particles to enter the lower chamber.
本発明の具体的な例において、バッフルアセンブリは、垂直方向に一定の間隔で配置された、３つのバッフルを含んでもよい。一番上のバッフルと一番下のバッフルは接地され、中間のバッフルはＤＣバイアス電源に接続される。ＤＣバイアス電源の出力電圧は５Ｖから１００Ｖの範囲内で、好ましくは１０Ｖから５０Ｖの範囲内である。 In a specific example of the present invention, the baffle assembly may include three baffles arranged at regular intervals in the vertical direction. The top and bottom baffles are grounded and the middle baffle is connected to a DC bias power source. The output voltage of the DC bias power supply is in the range of 5V to 100V, preferably in the range of 10V to 50V.
ステップＳ２において、反応ガスは上側チャンバの上部に設けられた第１のガス入口内の吸入ノズルを介して上側チャンバ内に入り、反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃｌ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｂｒ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｏ２、およびＳｉＯ２の少なくとも１つでもよい。好ましくは、ステップＳ２における反応ガスはＣｌ２であり、５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する。 In step S2, the reaction gas enters the upper chamber via a suction nozzle in a first gas inlet provided in the upper part of the upper chamber, and the reaction gas is CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F. , Cl 2 , HF, HCl, HBr, SF 6 , NF 3 , Br 2 , BCl 3 , SiCl 4 , O 2 , and SiO 2 . Preferably, the reaction gas in step S2 is Cl 2 and has a flow rate in the range of 5 sccm to 200 sccm.
ステップＳ３において、反応ガスの導入は停止され、第１のプラズマ発生装置は消され、つまり、第１のＲＦ電源の出力電力は０に設定される。 In step S3, the introduction of the reaction gas is stopped and the first plasma generator is turned off, that is, the output power of the first RF power supply is set to zero.
ステップＳ４において、反応チャンバ内に残った反応ガスをガス出口を介して排出するためにパージガスが導入される。具体的には、パージガスは反応チャンバ内にパージアセンブリたとえば上側チャンバの側面に設けられた第２のガス入口を介して導入されてもよく、反応残滓は最終的に抽出装置から抽出される。 In step S4, a purge gas is introduced to discharge the reaction gas remaining in the reaction chamber via the gas outlet. Specifically, purge gas may be introduced into the reaction chamber via a purge assembly, eg, a second gas inlet provided on the side of the upper chamber, and the reaction residue is finally extracted from the extraction device.
ステップＳ５において、パージガスの導入は停止される。
ステップＳ６において、反応ガスは反応チャンバ内に導入され、第２のＲＦ電源の出力電力は３０Ｗから１００Ｗの範囲内に設定され、つまり、第２のプラズマ発生装置は下側チャンバ内に入った反応ガスを低エネルギープラズマに励起するために起動され、活性中性粒子の吸着されたウェハの表面に放射線を当てる。
In step S5, the introduction of the purge gas is stopped.
In step S6, the reaction gas is introduced into the reaction chamber, and the output power of the second RF power source is set in the range of 30W to 100W, that is, the second plasma generator is reacted in the lower chamber. It is activated to excite the gas into a low energy plasma and irradiates the surface of the wafer with adsorbed active neutral particles.
ステップＳ６における反応ガスは非活性ガスであり、さらにたとえば、Ｈｅ、Ｎｉ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも１つでもよい。好ましくは、反応ガスはＨｅでもよく、１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する。 The reaction gas in step S6 is an inert gas, and may be at least one of He, Ni, Ar, Kr, and Xe, for example. Preferably, the reaction gas may be He and has a flow rate in the range of 10 sccm to 200 sccm.
ステップＳ７において、反応ガスの導入は停止され、第２のプラズマ発生装置は消され、すなわち第２のＲＦ電源の出力電力は０に設定される。 In step S7, the introduction of the reaction gas is stopped and the second plasma generator is turned off, that is, the output power of the second RF power supply is set to zero.
ステップＳ８において、反応チャンバ内に残った反応ガスをガス出口を介して排出するために、パージガスは反応チャンバ内に導入される。 In step S8, purge gas is introduced into the reaction chamber in order to discharge the reaction gas remaining in the reaction chamber through the gas outlet.
ステップＳ９において、パージガスの導入は停止される。
上記ステップＳ２からＳ９はエッチング深さが所定の値に達するまで繰り返される。
In step S9, the introduction of the purge gas is stopped.
Steps S2 to S9 are repeated until the etching depth reaches a predetermined value.
本発明の実施形態で設けられた原子層エッチング方法において、活性中性粒子のプラズマ内の荷電粒子からの脱離が達成され、活性中性粒子はウェハの表面に吸着可能であるので、旧来の反応ガス吸着の活性中性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成された。本発明の実施形態における吸着粒子は活性粒子であり、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮可能であるばかりでなく、活性粒子の強い吸着力により化学的吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減し、プロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明の実施形態に採用され、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減可能であるばかりでなく、イオンビーム／中性粒子ビームが採用される脱離の方法と比較して大量生産の促進もまた可能である。 In the atomic layer etching method provided in the embodiment of the present invention, the desorption of the active neutral particles from the charged particles in the plasma is achieved, and the active neutral particles can be adsorbed on the surface of the wafer. Replacement of chemical adsorption with active neutral particles for reaction gas adsorption was achieved. The adsorbed particles in the embodiments of the present invention are active particles, which not only can significantly improve the etching rate and shorten the etching cycle, but are also used for etching in the chemically adsorbed phase due to the strong adsorbing power of the active particles. It is also possible to greatly reduce the amount of reaction gas and reduce process costs. In addition, desorption of the purge gas using plasma ions is employed in embodiments of the present invention, which not only can reduce the complexity of the atomic layer etcher used, but also employs an ion beam / neutral particle beam. It is also possible to promote mass production compared to the desorption method.
本明細書の説明において、「ある実施形態」、「いくつかの実施形態」、「ある例」、「具体的な例」、「いくつかの例」、またはこれらに類するものなどの用語を参照とした説明は、実施形態または例を結合して説明された具体的な特徴、構造、素材、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態または例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語を用いた図示説明は必ずしも同一の実施形態または例のものではない。さらに、説明された具体的な特徴、構造、素材または特性は任意の１または複数の実施形態または例に適切な方法で組み合わされてもよい。加えて、矛盾した状況がない場合、当業者は異なる実施形態または例と本明細書で説明された異なる実施形態または例内の特徴とを取り込んで組み合わせることができる。 In the description herein, reference is made to terms such as “an embodiment”, “some embodiments”, “an example”, “a specific example”, “some examples”, or the like. The above description means that the specific features, structures, materials, or characteristics described in connection with the embodiments or examples are included in at least one embodiment or example of the present invention. In the present specification, the illustrated explanations using the above terms are not necessarily those of the same embodiment or example. Furthermore, the particular features, structures, materials, or characteristics described may be combined in any manner appropriate to any one or more embodiments or examples. In addition, where there are no conflicting situations, one of ordinary skill in the art can incorporate and combine different embodiments or examples with features in different embodiments or examples described herein.
本発明の実施形態は以上に図示され説明されたが、以上に実施形態は例示的であり、本発明を限定するものと解釈されてはならないことが理解できる。当業者は本発明の範囲内で上記実施形態の様々な変形、置換および変形が可能である。 While embodiments of the invention have been illustrated and described above, it will be appreciated that the embodiments are illustrative and should not be construed as limiting the invention. Those skilled in the art can make various modifications, substitutions, and modifications to the above embodiments within the scope of the present invention.
参照符号：
原子層エッチング装置１００、
反応空間１、反応チャンバ１０、上側チャンバ２１３、下側チャンバ２１４、吸入ノズル２０４、第１のガス入口２１６、第２のガス入口２１５、ガス出口２１７、
バッフルアセンブリ２０３、バッフル３０３、貫通項３０２、第１のバッフル３０３ａ、第２のバッフル３０３ｂ、第３のバッフル３０３ｃ、
コイル２０５、誘電体窓２０６、第１のＲＦ電源２０９、第１のアダプタ２０８、
パージアセンブリ２０７、排出装置２１２、支持構成要素２０２、第２のＲＦ電源２１１、第２のアダプタ２１０、ウェハ２０１、プラズマ４０２、活性中性粒子４０３、プラズマ４０４、イオン４０５、エッチング副産物４０６。
Reference sign:
Atomic layer etching apparatus 100,
Reaction space 1, reaction chamber 10, upper chamber 213, lower chamber 214, suction nozzle 204, first gas inlet 216, second gas inlet 215, gas outlet 217,
Baffle assembly 203, baffle 303, penetrating item 302, first baffle 303a, second baffle 303b, third baffle 303c,
A coil 205, a dielectric window 206, a first RF power source 209, a first adapter 208,
Purge assembly 207, ejector 212, support component 202, second RF power supply 211, second adapter 210, wafer 201, plasma 402, active neutral particles 403, plasma 404, ions 405, etching byproducts 406.
Claims (21)
内部に反応チャンバが設けられた反応空間と、
前記反応チャンバ内に設けられて前記反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割する、バッフルアセンブリとを備え、前記バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを備え、前記バッフルの厚み方向に前記バッフルを貫通する貫通孔がバッフル内に設けられ、前記バッフルは前記上側チャンバ内の荷電粒子が前記下側チャンバに入るのを防止し、かつ活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容するために接地または直流（ＤＣ）バイアス電源に接続され、前記上側チャンバは反応チャンバ内にガスを供給するためのガス入口が設けられ、前記下側チャンバはウェハを保持するための支持構成要素と前記反応チャンバからガスを排出するためのガス出口が設けられ、原子層エッチング装置はさらに、
前記上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するために用いられる第１のプラズマ発生装置と、
前記下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するために用いられる第２のプラズマ発生装置とを備え、
前記第１のプラズマ発生装置は、前記上側チャンバ内にプラズマを生成するために使用され、プラズマ中の前記活性中性粒子はウェハの表面上に吸着され、
前記第２のプラズマ発生装置は、前記下側チャンバ内にプラズマを生成するために使用され、前記活性中性粒子が吸着された前記ウェハの表面に放射線を当てる、原子層エッチング装置。 An atomic layer etching apparatus,
A reaction space provided with a reaction chamber therein;
A baffle assembly provided in the reaction chamber and dividing the reaction chamber into an upper chamber and a lower chamber. The baffle assembly includes at least one baffle, and penetrates the baffle in a thickness direction of the baffle. A through hole is provided in the baffle that is grounded to prevent charged particles in the upper chamber from entering the lower chamber and to allow active neutral particles to enter the lower chamber. Or connected to a direct current (DC) bias power source, the upper chamber is provided with a gas inlet for supplying gas into the reaction chamber, and the lower chamber is provided with a supporting component for holding a wafer and the reaction chamber. A gas outlet for discharging gas is provided, and the atomic layer etching apparatus further includes
A first plasma generator used to excite the gas entering the upper chamber into a plasma;
A second plasma generator used to excite the gas entering the lower chamber into plasma,
The first plasma generator is used to generate a plasma in the upper chamber, and the active neutral particles in the plasma are adsorbed on the surface of the wafer;
The second plasma generating apparatus is an atomic layer etching apparatus that is used to generate plasma in the lower chamber and applies radiation to the surface of the wafer on which the active neutral particles are adsorbed .
前記支持構成要素上に反応のためにウェハを配置するステップＳ１と、
前記反応チャンバ内に反応ガスを導入し、前記上側チャンバに入った前記反応ガスをプラズマに励起するために前記第１のプラズマ発生装置を開始するステップＳ２とを備え、前記プラズマ内の活性中性粒子は前記バッフルアセンブリの通過が許容され、前記上側チャンバから前記下側チャンバに進み前記ウェハの表面上に吸着し、前記プラズマ内の荷電粒子は前記バッフルアセンブリにより前記上側チャンバから前記下側チャンバに進むことが防止され、方法はさらに、
前記反応ガスの導入を停止し、前記第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３と、
前記反応チャンバ内にパージガスを導入し、反応残滓を前記反応チャンバから前記ガス出口を介して排出するステップＳ４と、
前記パージガスの導入を停止するステップＳ５と、
前記反応チャンバ内に反応ガスを導入し、前記下側チャンバに入った反応ガスをプラズマに励起するために前記第２のプラズマ発生装置を開始し、前記活性中性粒子が吸着された前記ウェハの前記表面に放射線を当てるステップＳ６と、
前記反応ガスの導入を停止し、前記第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７と、
パージガスを前記反応チャンバ内に導入し、反応残滓を前記反応チャンバから前記ガス出口を介して排出するステップＳ８と、
前記パージガスの導入を停止するステップＳ９と、
前記ステップＳ２からＳ８をエッチ深さが所定の値に達するまで繰り返すステップとを備える、原子層エッチング方法。 An atomic layer etching method using the atomic layer etching apparatus according to claim 1, comprising:
Placing a wafer for reaction on the support component;
A step S2 of introducing a reaction gas into the reaction chamber and starting the first plasma generator to excite the reaction gas entering the upper chamber into a plasma, Particles are allowed to pass through the baffle assembly and travel from the upper chamber to the lower chamber and are adsorbed onto the surface of the wafer, and charged particles in the plasma are moved from the upper chamber to the lower chamber by the baffle assembly. The process is prevented and the method further
Stopping the introduction of the reaction gas and turning off the first plasma generator;
Introducing a purge gas into the reaction chamber and discharging reaction residue from the reaction chamber via the gas outlet; and
Step S5 for stopping the introduction of the purge gas;
A reaction gas is introduced into the reaction chamber, the second plasma generator is started to excite the reaction gas that has entered the lower chamber into plasma, and the active neutral particles are adsorbed on the wafer. Irradiating the surface with radiation S6;
Stopping the introduction of the reactive gas and turning off the second plasma generator;
Introducing a purge gas into the reaction chamber and discharging reaction residue from the reaction chamber through the gas outlet; and
Step S9 for stopping the introduction of the purge gas;
Repeating the steps S2 to S8 until the etching depth reaches a predetermined value.
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