JP7461672B2

JP7461672B2 - ファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システム

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Publication number: JP7461672B2
Application number: JP2022510959A
Authority: JP
Inventors: 海洋劉; 冬冬胡; 小波劉; 娜李; 実然程; 頌郭; 志浩呉; 開東許
Original assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: KR20220035246A; CN110491760A; TW202109612A; WO2021036214A1; KR102659364B1; US11735400B2; TWI746119B; US20220375733A1; CN110491760B; JP2022545224A

Description

本発明は、プラズマ洗浄装置の技術分野に関し、特にファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムに関する。

半導体集積回路の製造プロセスにおいて、エッチングは最も重要なプロセスの一つであり、プラズマエッチングは一般的に使用されるエッチング方法の一つである。通常、エッチングは真空反応チャンバー内で行われ、通常の真空反応チャンバー内には、ウェーハおよびＲＦ負荷の吸着搬送やウェーハの冷却などに用いられる静電吸着チャックが含まれる。プラズマエッチングプロセスでは、ファラデー洗浄装置（ｆａｒａｄａｙｃｌｅａｎｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）およびプラズマ処理システムが必要である。

従来技術においては、既存のファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムを使用する際、洗浄が完全ではなく、使用効果が良くない問題がある。このため、これらの問題が解決可能なファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムの提供が急がれている。

本発明は、従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、構造が適切で、組み立てやすく、良好な洗浄効果および実用性の強いファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムは、
反応チャンバーと、バイアス電極と、ウェーハと、チャンバー蓋と、洗浄機構と、を含み、
前記チャンバー蓋は前記反応チャンバーの上端面に取り付けられ、前記バイアス電極は前記反応チャンバーの内側に取り付けられ、前記ウェーハは前記バイアス電極の上端面に取り付けられ、前記洗浄機構は前記チャンバーカバーの上面側に設けられ、
前記洗浄機構は、結合窓、ガス入口ノズル、垂直コイルおよびファラデー層を含み、前記結合窓は前記チャンバー蓋の上端面に取り付けられ、前記ガス入口ノズルは前記結合窓の内側に取り付けられ、前記ファラデー層は前記結合窓の上端面に取り付けられ、前記垂直コイルは前記ファラデー層の上端面に取り付けられている。

さらに、前記ファラデー層は、２段ファラデーまたは３段ファラデーである。

さらに、前記２段ファラデーは、中央ファラデー、エッジファラデー、ファラデーコンデンサおよびファラデー電極シートを含み、前記２段ファラデーの最も外側の直径は、前記チャンバー蓋に露出された前記結合窓の最大直径よりも０％～１０％大きく、前記中央ファラデーの最大直径は、前記２段ファラデー全体の４０％～６５％を占め、前記２段ファラデーのファラデー電極シートのサイズは、前記ファラデーコンデンサのサイズと一致し、厚さは、前記中央ファラデーおよび前記エッジファラデーのそれぞれの厚さと一致する。

さらに、前記ファラデーコンデンサの厚さ、前記中央ファラデーと前記エッジファラデーとの重なり合う部分のサイズおよび前記中央ファラデーと前記エッジファラデーとの間の隙間は、必要に応じて調整でき、具体的な調整および計算方法は、Ｃ＝εＳ／４πｋｄとの静電容量計算式により行い、ここで、εは定数、Ｓはコンデンサ極板の対向面積、ｄはコンデンサ極板間の距離、ｋは静電力定数であり、平行平板コンデンサの場合、静電容量はＣ＝εＳ／ｄであり、ここで、εは極板間の誘電体の誘電率、Ｓは極板面積、ｄは極板間の距離である。

さらに、前記２段ファラデーの中央ファラデーは、２組の同一の扇形導電性部材からなり、前記２組の扇形導電性部材の間には隙間があり、前記２組の扇形導電性部材はそれぞれ、導電性リングおよび互いの間に隙間がある花弁形状アセンブリからなり、前記花弁形状アセンブリは、互いに分離されており、垂直軸を中心に周りを回転しながら均一に対称分布され、前記花弁形状アセンブリの間の隙間の形状およびサイズは、同じである。

さらに、前記３段ファラデーは、内側ファラデー、中央ファラデー、外側ファラデー、内側コンデンサ、内側電極シート、外側コンデンサおよび外側電極シートを含み、前記３段ファラデーの最も外側の直径は、前記チャンバー蓋に露出された前記結合窓の最大直径よりも０％～１０％大きく、前記内側ファラデーの最大直径は、前記３段ファラデー全体の１５％～３５％を占め、前記中央ファラデーの範囲は、前記３段ファラデー全体の１５％～３５％を占め、前記３段ファラデーの前記内側電極シートおよび前記外側電極シートのサイズはそれぞれ、前記内側コンデンサおよび前記外側コンデンサのサイズと一致し、厚さは、前記内側ファラデー、前記中央ファラデーおよび前記外側ファラデーの厚さと一致する。

さらに、前記内側コンデンサおよび前記外側コンデンサの厚さ、前記内側ファラデーと、前記中央ファラデーと、前記外側ファラデーとの三者それぞれの重なり合う部分のサイズ、前記内側ファラデーと、前記中央ファラデーと、前記外側ファラデーとの三者それぞれの間の隙間は、必要に応じて調整でき、具体的な調整および計算方法は、Ｃ＝εＳ／４πｋｄとの静電容量計算式により行い、ここで、εは定数、Ｓは対コンデンサ極板の対向面積、ｄはコンデンサ極板間の距離、ｋは静電力定数であり、平行平板コンデンサの場合、静電容量はＣ＝εＳ／ｄであり、ここで、εは極板間の誘電体の誘電率、Ｓは極板面積、ｄは極板間の距離である。

本発明は、以下の有益な効果を有する。本発明に係るファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムにおいて、結合窓、ガス入口ノズル、垂直コイルおよびファラデー層が追加され、このような設計により、反応チャンバーの内側の洗浄に役立ち、それによって、既存のファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムにおける使用効果が不十分の問題が解決され、本発明の実用性が向上される。

ファラデー層は、２段ファラデーと３段ファラデーとに分けて構成され、このような設計の適切性が向上される。２段ファラデーは、中央ファラデー、エッジファラデー、ファラデーコンデンサおよびファラデー電極シートを含み、２段ファラデーの最も外側の直径は、チャンバー蓋に露出された結合窓の最大直径よりも０％～１０％大きく、中央ファラデーの最大直径は、２段ファラデー全体の４０％～６５％を占め、２段ファラデーのファラデー電極シートのサイズは、ファラデーコンデンサのサイズと一致し、厚さは、中央ファラデーおよびエッジファラデーのそれぞれの厚さと一致する。本発明は、適切な構造を有し、組み立てが容易であり、良好な洗浄効果があり、実用性に優れている。

本発明の他の特徴、目的および効果は、以下の図面を参照して説明される非限定的な実施形態の詳細な説明によってさらに明確になる。
本発明に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムの概略構造を示す図である。本発明に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムにおける２段ファラデー構造の断面図である。本発明に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムにおける２段ファラデー構造の平面図である。本発明に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムにおける３段ファラデー構造の断面図である。本発明に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムにおける３段ファラデー構造の平面図である。本発明の実施形態１に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムを示す図である。本発明の実施形態１に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システム動作フローチャートである。本発明の実施形態２に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムを示す図である。本発明の実施形態２に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システム動作フローチャートである。本発明の実施形態３に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムを示す図である。本発明の実施形態３に係るファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システム動作フローチャートである。

本発明に係る技術的解決手段、創作的特徴、達成されるべき目的および効果を理解しやすくするため、以下では、具体的な実施形態を介して本発明についてさらに詳しく説明する。

図１～図１１に示されるように、本発明に係るファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システムは、反応チャンバー１、バイアス電極２、ウェーハ３、チャンバー蓋４および簡便な洗浄機構５を含む。チャンバー蓋４は、反応チャンバー１の上端面に取り付けられている。バイアス電極２は、反応チャンバー１の内側に取り付けられている。ウェーハ３は、バイアス電極２の上端面に取り付けられている。簡便な洗浄機構５は、チャンバー蓋４の上面側に設けられている。

簡便な洗浄機構５は、結合窓（ｃｏｕｐｌｉｎｇｗｉｎｄｏｗ）１０、ガス入口ノズル１１、垂直コイル８０およびファラデー層１００を含む。結合窓１０は、チャンバー蓋４の上端面に取り付けられている。ガス入口ノズル１１は、結合窓１０の内側取り付けられている。ファラデー層１００は、結合窓１０の上端面に取り付けられている。垂直コイル８０は、ファラデー層１００の上端面に取り付けられている。本発明において、結合窓１０、ガス入口ノズル１１、垂直コイル８０およびファラデー層１００が追加され、このような設計により既存のファラデー洗浄装置およびプラズマ処理システムにおける使用効果が不十分の問題が解決される。

ファラデー層１００は、２段ファラデーおよび３段ファラデーに分けられ、このような設計により適切性を向上している。２段ファラデーは、中央ファラデー１１０、エッジファラデー１２０、ファラデーコンデンサ１３０およびファラデー電極シート１４０を含む。２段ファラデーの最も外側の直径は、チャンバー蓋４に露出された結合窓１０の最大直径よりも０％～１０％大きい。中央ファラデー１１０の最大直径は、２段ファラデー全体の４０％～６５％を占める。２段ファラデーのファラデー電極シート１４０のサイズは、ファラデーコンデンサ１３０のサイズと一致し、厚さは、中央ファラデー１１０およびエッジファラデー１２０のそれぞれの厚さと一致する。

ファラデーコンデンサ１３０の厚さ、中央ファラデー１１０とエッジファラデー１２０との重なり合う部分のサイズおよび中央ファラデー１１０とエッジファラデー１２０との間の隙間は、必要に応じて調整でき、具体的な調整および計算方法は、Ｃ＝εＳ／４πｋｄとの静電容量計算式により行う。ここで、εは定数、Ｓはコンデンサ極板の対向面積、ｄはコンデンサ極板間の距離、ｋは静電力定数である。一般的な平行平板コンデンサの場合、静電容量はＣ＝εＳ／ｄである（ここで、εは極板間の誘電体の誘電率、Ｓは極板面積、ｄは極板間の距離である）。このような設計により、接続箇所の隙間の計算および調整が容易になる。

２段ファラデーの中央ファラデー１１０は、２組の同一の扇形導電性部材１１１および１１２からなり、扇形導電性部材１１１と１１２との間には隙間がある。また、扇形導電性部材１１１および１１２はそれぞれ、導電性リング５１および互いの間に隙間がある花弁形状アセンブリ５０からなり、花弁形状アセンブリ５０は、互いに分離されている。花弁形状アセンブリ５０は、垂直軸を中心に周りを回転しながら均一に対称分布され、花弁形状アセンブリ５０の間の隙間の形状およびサイズは、同じである。このような設計により、結合窓１０の中央の洗浄が容易になる。

３段ファラデーは、内側ファラデー１５０、中央ファラデー１６０、外側ファラデー１７０、内側コンデンサ１８１、内側電極シート１８２、外側コンデンサ１８３および外側電極シート１８４を含む。３段ファラデーの最も外側の直径は、チャンバー蓋４に露出された結合窓１０の最大直径よりも０％～１０％大きい。内側ファラデー１５０の最大直径は、３段ファラデー全体の１５％～３５％を占める。中央ファラデー１６０の範囲は、３段ファラデー全体の１５％～３５％を占める。３段ファラデーの内側電極シート１８２および外側電極シート１８４のサイズはそれぞれ、内側コンデンサ１８１および外側コンデンサ１８３のサイズと一致し、厚さは、内側ファラデー１５０、中央ファラデー１６０および外側ファラデー１７０の厚さと一致する。

内側コンデンサ１８１および外側コンデンサ１８３の厚さ、内側ファラデー１５０と、中央ファラデー１６０と、外側ファラデー１７０との三者それぞれの重なり合う部分のサイズ、内側ファラデー１５０と、中央ファラデー１６０と、外側ファラデー１７０との三者それぞれの間の隙間は、必要に応じて調整でき、具体的な調整および計算方法は、Ｃ＝εＳ／４πｋｄとの静電容量計算式により行う。ここで、εは定数、Ｓは対コンデンサ極板の対向面積、ｄはコンデンサ極板間の距離、ｋは静電力定数である。一般的な平行平板コンデンサの場合、静電容量はＣ＝εＳ／ｄである（ここで、εは極板間の誘電体の誘電率、Ｓは極板面積、ｄは極板間の距離である）。このような設計により、接続箇所の隙間の計算および調整が容易になる。

（実施形態１）
図６に示されるように、垂直コイル８０の中央およびエッジにある２つの独立した部分の２つの単一の垂直コイルは、それぞれ、一端が外部高周波数装置に一緒に接続され、他端が一緒に接地されている。内側と外側のコイルの接地されていない端部は、両方とも高周波数整合器の配電ボックスに接続されている。配電ボックスは、中央およびエッジに分配される電力を設定し、さまざまなプロセス要件にしたがって中央およびエッジの電力を調整することにより、チャンバー内のプラズマの密度を調整する。さらに、高周波数整合器と配電ボックスとの間には、ＲＦ切換ボックスが設けられ、ＲＦ切換ボックスから２つのパスが引き出され、一方のパスが配電ボックスに接続され、他方のパスがファラデー層１００に接続される。装置においてプロセスの準備ができたら、ＲＦ切換ボックスは高周波数整合器のすべての電力を配電ボックスに出力し、ファラデー層１００には電力が供給されない。続いて、配電ボックスは、必要に応じて中央およびエッジのコイルに電力を分配する。プロセスが終了し、チャンバーの洗浄が開始されると、ＲＦ切換ボックスはすべての電力をファラデー層１００に出力し、内側コイルおよび外側コイルのそれぞれにおける電力はゼロになる。この場合、チャンバーについて洗浄を行い、同時に結合窓１０について完全な洗浄を行うことにより、上部への不揮発性金属粒子の堆積を減らす。図７は、本実施形態に係る動作フローチャートである。

（実施形態２）
図８には実施形態２が示され、図９には本実施形態に係るプロセスおよび洗浄のフローチャートが示されている。２つの高周波数整合器を含み、１つの整合器は高周波数電力をファラデー層に出力し、他の１つの整合器は内側コイルおよび外側コイルに高周波数電力を出力する。２つの高周波数整合器は１つの高周波数電源により制御され、高周波数電源と高周波数整合器との間のＲＦ切換ボックスにより、どちらの整合器の動作を開始させるかを制御する。チャンバー内においてプロセスが開始される場合、ＲＦ切換ボックスは高周波数電源をコイル高周波数整合器に接続させ、ファラデー高周波数整合器は通電されない。コイル整合器からの電力は、配電ボックスを介して中央およびエッジのコイルに出力され、チャンバー内のプロセスガスがイオン化されてプラズマエッチングプロセスシートを形成する。プロセスが終了したら、チャンバーの洗浄を開始し、ＲＦ切換ボックスは高周波数電源をファラデー高周波数整合器に接続させ、コイル整合器は通電されない。ファラデー整合器からのすべての電力は、ファラデー層１００に出力され、チャンバーの上部において洗浄ガスがイオン化されて活性プラズマが形成され、反応チャンバー１、特に結合窓１０の下表面について完全に洗浄する。

（実施形態３）
図１０には実施形態３が示され、図１１には本実施形態に係るプロセスおよび洗浄のフローチャートが示されている。２つの高周波数電源および２つの整合器を含み、１つの高周波数電源および整合器は、内側コイルおよび外側コイルのみに使用され、他の１つの高周波数電源および整合器は、ファラデー層１００のみに使用され、両者は互いに干渉しない。チャンバー内においてプロセスが開始される場合、コイル高周波数電源がオンになり、ファラデー高周波数電源がオフになる。コイル整合器は、電力分配ボックスを介して、高周波数電力を垂直コイル８０の中央およびエッジのコイルに出力する。チャンバー内のプロセスガスがイオン化されて、エッチングするためのプラズマが形成される。プロセスが終了したら、チャンバーの洗浄を開始し、コイル高周波数電源がオフになり、ファラデー高周波数電源がオンになり、すべての高周波数電力がファラデー層１００に出力され、チャンバーの上部において洗浄ガスがイオン化されて活性プラズマが形成され、反応チャンバー１、特に結合窓１０の下表面について完全に洗浄する。このように、本発明の実用性が向上される。

以上のとおり、本発明に係る基本原理および主な特徴ならびに本発明の利点を説明したが、いわゆる当業者にとって、本発明は上述の例示的な実施形態の詳細に限定されず、本発明の技術的思想または基本的特徴から逸脱しない範囲で、他の具体的な形態で実施できることは明らかである。したがって、上述した実施形態は、あらゆる点で例示的かつ非限定的であると見なされるべきであり、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により定まれ、上述した説明に限定されない。また、特許請求の範囲の均等の範囲内におけるすべての変更および改良は、本発明に含まれるべきである。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、特許請求の範囲を限定するものと見なされるべきではない。

さらに、本発明は実施形態に従って説明されているが、各実施形態は１つの独立した技術的解決手段しか含まれていないことではないことには理解されたい。本発明に関する上述の説明は単に明確にするためのものであって、いわゆる当業者は、各実施形態の技術的解決手段を適切に組み合わせることができ、当業者が理解できる他の形態により実施できる。

１反応チャンバー、
２バイアス電極、
３ウェーハ、
４チャンバー蓋、
５簡単な洗浄機構、
１０結合窓、
１１ガス入口ノズル、
８０垂直コイル、
１００ファラデー層、
１１０中央ファラデー、
１２０エッジファラデー、
１３０ファラデーコンデンサ、
１４０ファラデー電極シート、
５０導電性リング、
５１花弁形状アセンブリ、
１５０内側ファラデー、
１６０中央ファラデー、
１７０外側ファラデー、
１８１内側コンデンサ、
１８２内側電極シート、
１８３外側コンデンサ、
１８４外側電極シート。

Claims

反応チャンバーと、バイアス電極と、ウェーハと、チャンバー蓋と、洗浄機構と、を含み、
前記チャンバー蓋は前記反応チャンバーの上端面に取り付けられ、前記バイアス電極は前記反応チャンバーの内側に取り付けられ、前記ウェーハは前記バイアス電極の上端面に取り付けられ、前記洗浄機構は前記チャンバー蓋の上面側に設けられ、
前記洗浄機構は、結合窓、ガス入口ノズルおよびファラデー層を含み、前記結合窓は前記チャンバー蓋の上端面に取り付けられ、前記ガス入口ノズルは前記結合窓の内側に取り付けられ、前記ファラデー層は前記結合窓の上端面に取り付けられ、
前記ファラデー層が２段ファラデーである場合、前記ファラデー層は、第１内側ファラデー、第１外側ファラデー、前記第１内側ファラデーと前記第１外側ファラデーとの間の上端の第１ファラデーコンデンサおよび前記第１ファラデーコンデンサの上端の第１ファラデー電極シートを含み、前記第１内側ファラデーと前記第１外側ファラデーとの間に隙間があり、前記第１ファラデーコンデンサは前記第１内側ファラデーおよび前記第１外側ファラデーのそれぞれと重なり合う部分を有し、
前記ファラデー層が３段ファラデーである場合、前記ファラデー層は、第２内側ファラデー、第２外側ファラデーおよび前記第２内側ファラデーと前記第２外側ファラデーとの間の中央ファラデー、前記第２内側ファラデーと前記中央ファラデーとの間の上端の第２内側コンデンサ、前記第２外側ファラデーと前記中央ファラデーとの間の上端の第２外側コンデンサ、前記第２内側コンデンサの上端の第２内側ファラデー電極シートおよび前記第２外側コンデンサの上端の第２外側ファラデー電極シートを含み、前記第２内側ファラデーと前記中央ファラデーとの間および前記中央ファラデーと前記第２外側ファラデーとの間にそれぞれ隙間があり、前記第２内側コンデンサは前記第２内側ファラデーおよび前記中央ファラデーのそれぞれと重なり合う部分を有し、前記第２外側コンデンサは前記中央ファラデーおよび前記第２外側ファラデーのそれぞれと重なり合う部分を有する、
ファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システム。
前記ファラデー層が２段ファラデーである場合、前記ファラデー層の最も外側の直径は、前記結合窓の前記チャンバー蓋に露出された最大直径よりも０％～１０％大きく、前記第１内側ファラデーの最大直径は、前記ファラデー層全体の４０％～６５％を占め、前記第１ファラデー電極シートのサイズは、前記第１ファラデーコンデンサのサイズと一致し、厚さは、前記第１内側ファラデーおよび前記第１外側ファラデーのそれぞれの厚さと一致する、ことを特徴とする請求項１に記載のファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システム。
前記第１内側ファラデーは、２つの扇形導電性部材からなり、前記２つの扇形導電性部材の間には隙間があり、前記２つの扇形導電性部材はそれぞれ、導電性リングおよび互いの間に隙間がある花弁形状アセンブリからなり、前記花弁形状アセンブリは、互いに分離されており、垂直軸を中心に周りを回転しながら均一に対称分布され、前記花弁形状アセンブリの間の隙間の形状およびサイズは、同じである、ことを特徴とする請求項２に記載のファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システム。
前記ファラデー層が３段ファラデーである場合、前記第２内側ファラデーの最大直径は、前記ファラデー層全体の１５％～３５％を占め、前記中央ファラデーの範囲は、前記ファラデー層全体の１５％～３５％を占め、前記第２内側ファラデー電極シートおよび前記第２外側ファラデー電極シートのサイズはそれぞれ、前記第２内側コンデンサおよび前記第２外側コンデンサのサイズと一致し、厚さは、前記第２内側ファラデー、前記中央ファラデーおよび前記第２外側ファラデーの厚さと一致する、ことを特徴とする請求項１に記載のファラデー洗浄装置を含むプラズマ処理システム。