JP6641077B2 - デュアルプラズマ源リアクタによるウエハ処理のためのイオン対中性種の制御 - Google Patents
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-
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Description
図3Aは、本明細書の様々な実施形態に従って材料をエッチングするためのフローチャートである。処理300Aは、除去すべき材料を有する基板が処理装置の下側サブチャンバ内に受け入れられるブロック301から始まる。処理チャンバの一例は、図1を参照して上述した。ブロック303では、プラズマが、処理装置の上側サブチャンバ内で生成される。ブロック305では、バイアスが、基板支持体に印加される。一部の例では、このバイアスは、下側サブチャンバ内でプラズマを形成させる。他の例では、バイアスは、下側サブチャンバ内にプラズマが実質的に存在しないように、(例えば、周波数および/または印加電力の点で)十分に弱くてもよい。いずれの例においても、バイアスは、処理のためにイオンを基板に向かって引き寄せるよう作用する。ブロック307では、上側サブチャンバからイオン抽出プレートを通して下側サブチャンバ内に至るイオンおよび中性種の相対流束が制御される。イオンの流束は、主に、プレートアセンブリ開口面積の量を変化させることによって制御される。プレートアセンブリ開口面積の量が増大すると、それに正比例して実質的に、プレートアセンブリを通るイオンの流束が増加する。プレートアセンブリ開口面積を増大させると中性種の流束も増加するが、図2Cに示すように、中性種の流束は、イオンの流束と比べて、この開口面積による影響が著しく小さい。
本明細書に記載の技術は、各種のメカニズムによって起こりうる多様なエッチング処理の実施に役立ちうる。一部の例において、必要のない材料の除去は、イオンエッチング(すなわち、イオンスパッタリングまたはイオンミリング)のみを用いて達成されてよい。他の実施形態において、反応性の化学物質が、反応性イオンエッチングと呼ばれる処理で材料除去を促進するために、イオン暴露と共に用いられる。
プレートアセンブリは、反応チャンバ内に配置されることにより、反応チャンバを上側および下側サブチャンバに分割する。本明細書に記載したようなプレートアセンブリを備える変形に適したチャンバの一例は、カリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社製のKiyo Reactorである。背景として、上で詳述した図1を参照して、以下の記載を考察することができる。特定の実装例において、プレートアセンブリ150は、下側プレートの下面と基板の上面との間の距離が約10〜50mmになるように配置される。上側サブチャンバの高さは、例えば、電力最適化で考慮される事項に基づいて選択されてよい。上側サブチャンバが大きいほど、大きい領域にプラズマを維持するために大きい電力利用が必要になる。いくつかの実施形態において、上側サブチャンバの高さは、約2〜20インチ(50.8〜508.0mm)、例えば、約5〜15インチ(127〜381mm)である。特定の一実施形態において、上側サブチャンバは、約11インチ(279.4mm)の高さを有する。
このセクションでは、プレートアセンブリの基本的な実施形態を提供する。プレートアセンブリの別の設計に関するさらなる詳細については、後の「半径方向に均一な結果の促進」セクションに記載する。
処理中、上側サブチャンバは、通例、プラズマを含む。プラズマは、様々な方法によって生成されてよい。図1の実施形態において、例えば、上側サブチャンバは、高密度(例えば、1010〜1012荷電粒子/cm3)の誘導結合プラズマを含むよう構成されている。別の実施形態において、上側サブチャンバは、容量結合プラズマを含むよう構成されてもよい。どのようなプラズマ生成技術が用いられても、上側サブチャンバ内のプラズマは、ラジカル結合プラズマ(RCP:Radically Coupled Plasma)と見なされうる。この用語は、基板を直接囲む処理領域から空間的に除去されたプラズマを指しており、そこからラジカルが基板を処理するために調節可能に抽出されうる。この記載において、「調節可能に抽出」という表現は、特定の処理のためにおよび/または特定の処理中に、ラジカルおよびイオンの相対流束(流束比)を所望の通りに調節できることを意味する。
様々な実施形態において、バイアスが、エッチング中に基板支持体に印加されうる。一般に、基板支持体(例えば、静電チャック)がバイアスされる場合、基板もバイアスされる。一部の例において、バイアス周波数は、容量結合プラズマが下側サブチャンバ内で形成されるのに十分な大きさである(例えば、約60MHz)。別の例では、バイアス周波数は、エッチング中に下側サブチャンバ内にプラズマが実質的に存在しないように、はるかに小さい(例えば、約10MHz以下)。いくつかの実施形態において、基板支持体をバイアスするために用いられる電力は、バイアスの周波数がこの領域でのプラズマ形成を支持するのに十分に高い場合でも、下側サブチャンバに実質的にプラズマが存在しないほど十分に低い。いくつかの実施形態では、エッチング中に下側サブチャンバ内にプラズマを存在させることが有益でありうる。例えば、エッチャント種が下側サブチャンバ内に存在し、エッチャントをより多い/より小さいフラグメントに解離させることが望ましい場合、下側サブチャンバ内のプラズマの存在は、かかる解離を促進するのに役立ちうる。エッチャント種のフラグメント化の程度に影響しうる他の要素は、下側サブチャンバ内のプラズマの密度および有効電子温度を含む。
いくつかの実施形態において、バイアスが、プレートアセンブリの1または複数のプレートに印加されてよい。一例では、負のバイアスが、プレートアセンブリの下側プレートに印加される。このように、上側サブチャンバ内で生成されプレートアセンブリを通過するイオンが、特定のイオンエネルギで基板に向かって加速されうる。プレートのバイアスは、所望のイオンエネルギを提供するように調節されうる。
基板をエッチングする時、或る程度の不均一性が生じうる。特に、半径方向の不均一性は、基板エッチング時に一般的な問題である。いくつかの例において、例えば、エッチングは、基板の中央領域および縁部領域付近で高い程度で起こりうるが、これら2つの領域の間の環状領域では低い程度で起こりうる。これらの半径方向の不均一性は、より大型の基板(例えば、300mm、および、特に450mm以上の基板)が処理される場合に高くなる。可能であれば、これらの不均一性を低減または排除することが望ましい。
本明細書に開示された方法および装置は、異なる基板の処理の合間または複数工程のエッチング処理の異なる工程の合間ならびに単一処理の単一基板の処理中の両方に、幅広いエッチング条件を達成することを可能にする。したがって、開示された技術は、多くの異なる種類のエッチング動作を実施するために利用できる。明確にして理解しやすくするために、いくつかのタイプまたはモードの動作について言及する。しかしながら、簡単のために、本開示によって可能になる特定のタイプの処理については、個別に議論しない。さらに、モードは、例示のために記載されており、モードに関する詳細は、所望の用途に従って修正されてもよい。特定の変数(通例、特定の動作モードで装置を動作させるのに重要ではない変数)は、以下のセクションでの議論から除外されうる。
この動作モードでは、不活性ガスが上側サブチャンバに供給され、エッチャントは利用されない。プラズマは、上側サブチャンバ内でのみ生成され、下側サブチャンバには実質的にプラズマは存在しない。プレートアセンブリを通過して下側サブチャンバに至るイオンのエネルギは、アセンブリの下側プレートに印加されるバイアスを制御することによって調節されうる。様々な例において、静電チャックは、このモードでの動作時にはバイアスされない。基板へのイオン流束は、本明細書に記載のメカニズムのいずれかによって制御できる(例えば、プレートアセンブリの開口部の整列の程度、注入制御リング、異なるプラズマ領域、プラズマを生成するために供給される電力など)。
このモードでは、プラズマ生成ガスが上側サブチャンバに供給され、エッチャントがいずれかのサブチャンバまたは両方のサブチャンバに供給される。エッチャントは、フラグメント化されてもされなくてもよい。エッチャントがフラグメント化されないことが望ましい場合、下側サブチャンバに直接供給されることが好ましく、この領域には実質的にプラズマが存在しないことが好ましい。フラグメント化の程度は、様々なメカニズムによって、中でも特に、下側サブチャンバ内のプラズマの存在によって制御されうる。フラグメント化は、プラズマの電子温度および下側サブチャンバ内の圧力などのパラメータを制御することによって調節されうる。
この動作モードでは、プラズマは上側サブチャンバ内でのみ生成され、下側サブチャンバには実質的にプラズマが存在しない。プレートアセンブリ開口面積は、ゼロに設定される(すなわち、上側および下側プレートの開口部は、完全または実質的に完全にずらされる)。このように、中性種(例えば、ラジカル化されたエッチャント種)は、プレートアセンブリを通して上側サブチャンバから下側サブチャンバに通過しうるが、イオンは、完全または実質的に完全に下側サブチャンバに入るのを妨げられる。中性種の流束は、例えば、プレートアセンブリの上側および下側プレートの間の距離を変化させることによって制御されてよい。
この動作モードでは、基板の一部に保護層を形成するために、さらなる処理ガスが下側サブチャンバに供給される。一例では、SiCl4が、マスク層の保護を助けるために供給される。不動態化ガスとして利用可能なその他のガスは、CxFy、CxHy、COS、H2、HBrなどを含むが、これらに限定されない。別の例において、さらなる処理ガスは、トレンチまたは別のフィーチャの側壁を保護するよう機能する。このさらなる処理ガスは、別個に供給されてもよいし(すなわち、エッチングが起こっていない間、例えば、エッチング動作の直前など)、エッチング処理中に供給されてもよい。
エッチングリアクタを動作させる様々なモードで、プラズマが下側サブチャンバに存在しうる。一動作モードでは、上側サブチャンバは利用されない。プレートアセンブリの上側および下側プレートは、互いに接触する(すなわち、それらの間の距離がゼロまで減少される)ように配置され、開口部は、完全にずらされる。プラズマ生成ガス(上記の「エッチングメカニズム」のセクションで言及したガスの内の1または複数を含みうる)が、下側サブチャンバに直接供給され、この領域でプラズマが生成される。この動作モードでは、エッチング装置は、基本的に、従来の単一チャンバエッチングリアクタに単純化する。
本明細書に記載の方法は、記載された変形(例えば、プレートアセンブリ、注入制御リング、および/または、別個のプラズマ領域など)を有する任意の適切なプラズマエッチング装置によって実行されてよい。適切な装置は、本発明に従って、処理動作を完了するためのハードウェアと、処理動作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを備える。例えば、いくつかの実施形態において、ハードウェアは、処理ツールに含まれる1または複数の処理ステーションを備えてよい。
いくつかの実施形態において、システムコントローラ(1または複数の物理または論理コントローラを含みうる)が、処理ツールの動作の一部または全部を制御する。システムコントローラは、通例、1または複数のメモリデバイスと、1または複数のプロセッサとを備える。プロセッサは、中央処理装置(CPU)またはコンピュータと、アナログおよび/またはデジタル入力/出力接続と、ステッパモータコントローラボードと、その他の同様の構成要素とを備えてよい。適切な制御動作を実施するための命令が、プロセッサで実行される。これらの命令は、コントローラに関連付けられたメモリデバイスに格納されてもよいし、ネットワークを介して提供されてもよい。特定の実施形態において、システムコントローラは、システム制御ソフトウェアを実行する。
Claims (27)
- 基板をエッチングするための装置であって、
(a)反応チャンバと、
(b)前記反応チャンバ内に配置され、前記反応チャンバを上側サブチャンバおよび下側サブチャンバに分割するプレートアセンブリであって、
(i)第1のプレートと、
(ii)前記第1のプレートに対して独立的に回転可能な少なくとも2つの略同心プレートセクションを備える第2のプレートであって、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートは、各プレートの厚さを貫通する開口部を有する、第2のプレートと、を備える、プレートアセンブリと、
(c)前記上側サブチャンバへの1または複数のガス流入口と、
(d)前記反応チャンバからガスを除去するように構成された前記反応チャンバへの1または複数のガス流出口と、
(e)前記上側サブチャンバ内でプラズマを生成するように構成されているプラズマ発生源と、
(f)イオン対ラジカルの流束比を制御するために、前記第2のプレートの第1の同心プレートセクションを前記第1のプレートに対して移動させて前記第1および第2のプレートの前記開口部を位置調整するように構成されているコントローラと、
を備える、装置。 - 請求項1に記載の装置であって、少なくとも3つの略同心プレートセクションを備える、装置。
- 請求項1または2に記載の装置であって、前記プレートアセンブリの前記プレートの少なくとも一方の前記開口部の内の少なくとも一部は、0.2〜0.4の間の開口部幅/開口部深さのアスペクト比を有する、装置。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の装置であって、前記プレートアセンブリの前記プレートの少なくとも一方は、40〜60%の開口面積を有する、装置。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の装置であって、前記第2のプレートの前記プレートセクションは、絶縁材料を含み、前記第1のプレートは、導電材料を含む、装置。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の装置であって、前記上側サブチャンバは、1または複数の絶縁壁によって隔てられた複数の同心プラズマ領域に分割されている、装置。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の装置において、前記コントローラは、前記基板上の中央から縁部までのエッチング条件を制御するために、前記同心プレートセクションの内の1または複数を回転させるように構成されている、装置。
- 基板をエッチングするための装置であって、
(a)上側サブチャンバおよび下側サブチャンバを備えている反応チャンバと、前記上側サブチャンバは、少なくとも2つの略同心プラズマ領域を備え、各プラズマ領域は、1または複数の絶縁壁によって他のプラズマ領域から隔離されており、
(b)前記上側サブチャンバおよび前記下側サブチャンバの間に配置され、第1のプレートおよび第2のプレートを備えたプレートアセンブリと、各プレートは、前記プレートの厚さを貫通する開口部を有し、前記第2のプレートは、前記第1のプレートに対して回転可能であり、
(c)前記上側サブチャンバへの1または複数のガス流入口と、
(d)前記下側サブチャンバからガスを除去するように構成されている前記下側サブチャンバへの1または複数のガス流出口と、
(e)前記上側サブチャンバ内でプラズマを生成するように構成されているプラズマ発生源と、
(f)イオン対ラジカルの流束比を制御するために、前記第2のプレートを前記第1のプレートに対して回転させて前記第1および第2のプレートの前記開口部を位置調整するように構成されているコントローラと、
を備える、装置。 - 請求項8に記載の装置において、さらに、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートの間の距離が可変となるように、前記プレートアセンブリの少なくとも一方のプレートを前記プレートアセンブリの他方のプレートに向かう方向におよび前記他方のプレートから離れる方向に移動させるように構成されている移動メカニズムを備える、装置。
- 請求項8または9に記載の装置であって、前記プレートの少なくとも一方は、前記上側または下側サブチャンバにガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能するように構成されている、装置。
- 請求項8から10のいずれか一項に記載の装置であって、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートの間の距離は、1〜6mmである、装置。
- 請求項8から11のいずれか一項に記載の装置であって、前記プレートアセンブリの前記プレートの少なくとも一方は、3〜20mmの厚さである、装置。
- 請求項8から12のいずれか一項に記載の装置であって、前記プラズマ発生源は、誘導結合プラズマを生成するように構成されている、装置。
- 請求項8から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記上側サブチャンバは、少なくとも3つの略同心プラズマ領域を備える、装置。
- 請求項8から14のいずれか一項に記載の装置において、前記コントローラは、前記同心プラズマ領域でのプラズマ生成を独立して制御することにより、前記基板上の中央から縁部までの条件を制御するように構成されているコントローラを備える、装置。
- 基板をエッチングする方法であって、
(a)エッチング装置の反応チャンバ内に基板を受け入れ、前記エッチング装置は、
(i)前記反応チャンバ内に配置され、前記反応チャンバを上側サブチャンバおよび下側サブチャンバに分割するプレートアセンブリであって、第1のプレートおよび第2のプレートを備えるプレートアセンブリと、前記第2のプレートは、少なくとも2つの同心セクションを備え、前記同心セクションは、前記第1のプレートに対して独立して回転可能であり、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートは、各プレートの厚さを貫通する開口部を有し、
(ii)前記上側サブチャンバへの1または複数のガス流入口と、
(iii)前記下側サブチャンバからガスを除去するように構成されている前記下側サブチャンバへの1または複数のガス流出口と、
(iv)前記上側サブチャンバ内でプラズマを生成するように構成されているプラズマ発生源とを備え、
(b)プラズマ生成ガスを前記上側サブチャンバ内に流して、プラズマを生成し、
(c)前記プラズマ内に存在する中性種を前記上側サブチャンバから前記プレートアセンブリを通して前記下側サブチャンバ内に流し、
(d)前記基板をエッチングし、
(f)前記第2のプレートの前記同心セクションの少なくとも1つを回転させることによって、前記プレートアセンブリを通過するイオン対ラジカルの流束比を制御すること、
を備える、方法。 - 請求項16に記載の方法において、さらに、イオンが前記上側サブチャンバから前記プレートアセンブリを通して前記下側サブチャンバ内に流れるように、前記プレートアセンブリの前記第1および第2のプレートの少なくとも一部の開口部を整列させることを備える、方法。
- 請求項17に記載の方法であって、前記プレートアセンブリの第1の部分を通るラジカル対イオンの第1の流束比が、前記プレートアセンブリの第2の部分を通るラジカル対イオンの第2の流束比と異なる、方法。
- 請求項16から18のいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記下側サブチャンバ内に配置されている基板支持体にバイアスを印加することを備える、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、前記基板支持体に前記バイアスを印加することは、前記下側サブチャンバ内でプラズマを生成する、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、前記基板支持体に前記バイアスを印加することは、前記下側サブチャンバ内でプラズマを生成しない、方法。
- 請求項16から21のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、前記基板上の中央から縁部までのエッチング条件を制御するために、前記同心セクションの内の1または複数を回転させることを備える、方法。
- 基板をエッチングする方法であって、
(a)エッチング装置の反応チャンバ内に基板を受け入れ、前記エッチング装置は、
(i)上側サブチャンバおよび下側サブチャンバと、前記上側サブチャンバは、少なくとも2つの略同心プラズマ領域を備え、各プラズマ領域は、1または複数の絶縁壁によって他のプラズマ領域から隔離されており、
(ii)前記上側サブチャンバおよび前記下側サブチャンバの間に配置され、第1のプレートおよび第2のプレートを備えたプレートアセンブリと、各プレートは、前記プレートの厚さを貫通する開口部を有し、前記第2のプレートは、前記第1のプレートに対して回転可能であり、
(iii)前記上側サブチャンバへの1または複数のガス流入口と、
(iv)前記下側サブチャンバからガスを除去するように構成されている前記下側サブチャンバへの1または複数のガス流出口と、
(v)前記上側サブチャンバ内でプラズマを生成するように構成されているプラズマ発生源と、を備え、
(b)プラズマ生成ガスを各プラズマ領域内に流して、各プラズマ領域内でプラズマを生成し、
(c)前記プラズマ内に存在する中性種を前記プラズマ領域から前記プレートアセンブリを通して前記下側サブチャンバ内に流し、
(d)前記基板をエッチングし、
(e)前記第1および第2のプレートの少なくとも一方を回転させることによって、前記プレートアセンブリを通過するイオン対中性種の流束比を制御すること、
を備える、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、工程(b)は、第1の組成のプラズマ生成ガスを第1のプラズマ領域に流し、第2の組成のプラズマ生成ガスを第2のプラズマ領域に流すことを含む、方法。
- 請求項23または24に記載の方法であって、工程(b)は、第1のプラズマ領域で第1のプラズマを生成し、第2のプラズマ領域で第2のプラズマを生成することを含み、前記第1のプラズマおよび前記第2のプラズマは、異なる密度を有する、方法。
- 請求項23から25のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートの間の距離を変化させることにより、前記プレートアセンブリを通るイオン対中性種の流束比を制御することを備える、方法。
- 請求項23から26のいずれか一項に記載の方法であって、第1のプラズマ領域から前記プレートアセンブリを通して前記下側サブチャンバに至る第1のイオン対中性種の流束比が、第2のプラズマ領域から前記プレートアセンブリを通して前記下側サブチャンバに至る第2のイオン対中性種の流束比と異なる、方法。
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