JPH065571A - 均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のための方法および装置 - Google Patents

均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のための方法および装置

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JPH065571A
JPH065571A JP5038513A JP3851393A JPH065571A JP H065571 A JPH065571 A JP H065571A JP 5038513 A JP5038513 A JP 5038513A JP 3851393 A JP3851393 A JP 3851393A JP H065571 A JPH065571 A JP H065571A
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plasma
chamber cavity
plasma chamber
substrate
material removal
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JP5038513A
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Charles B Zarowin
チャールズ・ビー・ザロウイン
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、均一に薄くした半導体等の基体の
制御可能で予め予測できる非接触プラズマ研磨の方法を
提供することを目的とする。 【構成】 プラズマチャンバ空洞を限定する絶縁体16
と、プラズマシースの厚さよりも小さいプラズマ内のイ
オンのイオン衝突平均自由行程を生ずるような圧力でプ
ラズマチャンバ空洞14に処理ガスを供給する拡散器20
と、反応性プラズマにガスを分解させるようにプラズマ
チャンバ空洞内の処理ガスに高周波パワーを供給する電
極22とを備えて基体の局部的領域で局部的プラズマエッ
チング反応を行う手段と、プラズマチャンバ空洞14の外
部周辺を囲んで空洞の外側のプラズマ生成を抑制する絶
縁体28と、基体に関してプラズマチャンバ空洞の位置を
調節するＸーＹ位置移動台47とを有する反応装置を具備
していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄くした基体を平滑化
する方法および装置に関し、特に絶縁体上のシリコン
（ＳＯＩ）ウェーハ構造の形成において有効である均一
に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のため
の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学機械的研磨は、基体の表面を研磨す
るのに有効な方法である。しかしながら、化学機械的研
磨処理は、基体の表面に機械的に接触するため表面上に
汚染物質を残す。化学機械的研磨処理は場合によっては
基体の表面下に損傷を生じる。研磨のような化学的な表
面処理は、プラズマ補助化学的エッチングのような非接
触方法によって実行されることができる。プラズマ補助
化学的エッチングを実行する方法および装置は、米国特
許出願第07/696,897号明細書（“system For Removing
Methods and Apparatus for Confinement of a Plasma
Etch Region forA Wafer ”1991年５月７日出願）、米
国特許出願第07/807,535号明細書（“Methods and Appa
ratus or Confinement of a Plasma Etch Region for P
recision Shaping of Surfase ”1991年12月13日出
願）、および米国特許出願第07/807,536号明細書（“Me
thods and Apparatus for Generation a Plasma for 'D
ownstream' Rapid Shapig of Surfaces of Substrates
and Films.”1991年12月13日出願）において開示されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、均一に薄くした基体を研磨する方法を提供すること
である。本発明の別の目的は、均一に薄くした基体の制
御可能で予め予測できる非接触プラズマ研磨の方法を提
供することである。本発明のその他の目的および利点
は、添付図面および特許請求の範囲と共に以下の詳細な
説明から当業者に明らかとなるであろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の方法および装置
は、プラズマ補助化学的エッチング材料除去手段によっ
て均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑
化処理を実行する。プラズマ処理の動作パラメータを制
御することによって、エッチング処理の材料除去機構は
二酸化珪素のような基体を研磨する迅速で予測可能な平
滑処理を行うように制御される。本発明によれば平滑化
処理のための単方向性の材料除去機構は、エッチング処
理のイオンスペシーが電界によって制御されることを確
実にするガス圧力に対する十分に高い高周波パワー密度
の比率を選択することによって達成される。一方、全方
向性材料除去機構は、エッチングが電界に本質的に無関
係であるプラズマスペシー（中性あるいは帯電された）
によって支配されることを保証するガス圧力に対する低
いＲＦパワー密度の比率を選択することによって得られ
る。
【０００５】
【実施例】本発明の方法および装置は、プラズマ補助化
学的エッチング材料除去反応装置によってプラズマの反
応性スペシーの適用による半導体材料の表面下の損傷層
あるいはその他の不所望な層を除去する。図１は、基体
の表面下の損傷除去のために使用されるプラズマ補助化
学的エッチング反応装置を示す。図１を参照すると、装
置は基体上のプラズマエッチング領域を制限するように
設計されている。それは、高周波フィールドが反応成分
にガスを分解するために供給される基体の表面上の領域
に処理ガスを移行させるように設計された反応装置10を
含む。この所望な結果を達成するために、反応装置10
は、第１の誘電性絶縁体16によって限定された壁15およ
びガス拡散器20によって限定された天井を有するプラズ
マチャンバ14を有する。プラズマチャンバ14はエッチン
グ反応の中心であり、第１の誘電性絶縁体は非汚染材料
から形成されなければならない。チャンバ14の上部の高
周波駆動電極22は拡散器20と第１の絶縁体16の間に固定
される。第１の誘電性絶縁体16の中央を通って走ってい
る処理ガス供給管24は、エッチング動作中にプラズマチ
ャンバ14における拡散器20に反応ガスを供給する。高周
波入力導体26によって、高周波電源に高周波駆動電極22
が接続されている。第２の誘電生絶縁体28は第１の絶縁
体16を囲み、チャンバ14の外側のプラズマ形成を阻止す
るように基体12を実質的に覆うために必要な大きさにさ
れる。反応装置10の部品は、ベース34から中間の天井36
まで延在している第１の壁32および上部の天井フランジ
40まで延在している第２の壁38を具備している真空ハウ
ジング30中に収容されている。
【０００６】動作中、真空は真空にするためにハウジン
グ30の底部の真空出力42を通って排気される。エッチン
グ中にプラズマチャンバ14の下に近接して位置されたエ
ッチングされるべき基体12は、接地電位にされることが
好ましい第２の電極として動作する基体ホルダ44によっ
て支持される。基体ホルダ44は、さらに基体の温度を制
御する手段（図示されていない）を有する。
【０００７】基体ホルダ44は、基体12の表面上の局部化
されたエッチング反応の正確な配置を許容する２次元の
移行のための装置45に取付けられる。反応装置10は外面
にねじを有する管48を備え、ねじを有する管48は反応装
置支持手段49に結合されている。管48はプラズマチャン
バ14と基体12の表面の間の距離の調整を許容するように
時計回りあるいは反時計回りに回転される。図示された
実施例において、プラズマチャンバと基体の間の距離は
約１乃至１０ｍｍの範囲で調整される。
【０００８】反応装置は、上部天井フランジ40上のＶ型
の溝（図示されていない）中に先端がそれぞれ位置する
円周上に等間隔で配置された３つのねじ50を有する調節
可能な取付け手段をさらに有する。この手段は、基体12
上の表面に応じてプラズマチャンバの終端部52の角度の
調整を許容する。
【０００９】上記の本実施例は基体12の表面に関してプ
ラズマチャンバ14を位置する手段を提供するが、プラズ
マチャンバ装置を恒久的に固定し、基体の３次元および
多角度位置を３次元および多角度移動台によって行うよ
うなその他の調整手段は容易に置換されることができ
る。好ましい１実施例は、プラズマ反応装置のための高
周波パワー、ガスおよび冷却剤が大気中から容易に導入
されるような固定された反応装置構造を有する。
【００１０】反応装置システムは、真空ハウジング36の
天井フランジ40と反応装置10を真空密閉する手段を提供
する第２の誘電性絶縁体28との間に取付けられたベロー
54をさらに含み、プラズマチャンバ装置の反応装置内の
相対的な移動が可能にされる。複数の検査ポート56が反
応の観察のために設けられる。
【００１１】図２は、粗い研磨されたシリコンウェーハ
基体の表面が表面の静的プラズマエッチングによって処
理されて鏡面となることを示す。鏡面は、単方向性およ
び、または全方向性静的プラズマエッチング機構から生
ずる。
【００１２】本発明による処理あるいは任意の平滑処理
の前には、基体の表面は複数の顕微鏡的な“ピーク”お
よび“谷”（ピークおよび谷は約１ｍｍ程度であるプラ
ズマデバイ長よりも短い特徴的寸法を有する）を有す
る。一般的な平滑あるいは研磨処理は、“谷”に関して
“ピーク”の振幅を減少させるようにする。プラズマ補
助化学的エッチングによる“谷”に関する“ピーク”の
振幅の減少は単方向性および全方向性機構の両者によっ
て行われ、減少を実行する特定の機構はプラズマ処理の
動作パラメータに依存する。
【００１３】エッチング処理が単方向性であり、プラズ
マ処理における電界によって制御される時、顕微鏡的な
“ピーク”のエッチング速度は“谷”におけるエッチン
グ速度よりも大きい。単方向性機構およびエッチング速
度の差は、通常ガス圧力に対するＲＦパワー密度の比率
が１０ワット／ｃｍ3 トルを越える時に生ずる。これら
の条件下では、フィールド駆動イオンは支配的な中性ス
ペシーとの衝突によって散乱される。この単方向性の平
滑処理機構はイオン衝突の平均自由行程がプラズマシー
スの幅よりも小さいときにのみ生じる。この条件下にお
いて、イオンはそれらが生成されるプラズマボディから
シース電界によってシースを横切って中和されるエッチ
ング位置に駆動されるので、顕著な中性スペシーによる
衝突摩擦を経験する。単方向性機構は、イオンがプラズ
マボディからエッチング位置に自由落下しないために生
ずる。イオンは各衝突後にフィールドによって再び付勢
されなければならず、各イオンによって経験された最後
の衝突におけるイオンに供給された電界は表面形状によ
って影響される。平均して、最後の衝突は表面からのデ
バイ長よりも短い平均自由行程を生じ、再分配されたプ
ラズマ電荷はシース電界からのイオンを遮蔽する。それ
故、単方向性機構下の最後の自由行程中のイオンに対す
る電界は“ピーク”が生ずる所では大きく、“谷”が生
ずる所では小さい。したがって大きなイオンエネルギは
“谷”の付近よりも“ピーク”の付近に存在する。プラ
ズマエッチング速度はイオンエネルギの増加と共に増加
するので、“ピーク”は“ピーク”のイオンエネルギの
高い濃度のために“谷”よりも早くエッチングされ、平
滑化が生ずる。図３は１周期にわたる単方向性処理のコ
ンピュータシミュレートグラフであり、“ピーク”が
“谷”よりも早くエッチングされることを示す。
【００１４】対照的に、平均自由行程がシースの厚さ
（すなわち、プラズマシースを横切る行程中の衝突が極
めて少数）よりも大きいという状態を与えるプラズマパ
ラメータに基いた動作では、プラズマボディからエッチ
ング位置へのイオン“自由落下”、および結果的なイオ
ンエネルギは、イオンが入射する表面の形状に無関係で
ある。これらの状態におけるイオンエネルギは、シース
電圧（通路にわたる積分されたシース電界）によっての
み決定される。したがって、平滑でない全方向性処理が
生じ、単方向性の平滑処理ではなく表面の形状をそのま
ま再現する。
【００１５】単方向性の処理ではなく全方向性の処理に
おける平滑および研磨処理は、処理前の基体の表面上の
丸められた“丘”から表面に尖頭形状を生ずる。図４
は、１周期にわたる全方向性の処理のコンピュータシミ
ュレートグラフであり、谷に関する尖頭部の振幅は尖頭
の振幅がゼロであるまで進行するときプラズマエッチン
グ処理によってさらに減少されることを示す。全方向性
の機構による平滑処理は、エッチングが帯電されない中
性スペシーによって行われるか、シース電界によって影
響されない時に生じ、あるいは帯電されたスペシーがそ
れらの衝突散乱を克服するには弱すぎる電界によって駆
動される時に生ずる。全方向性エッチング機構は、等方
性の付着のために良く知られている“平面化”平滑の反
対である。以上、本発明によるプラズマ補助化学的エッ
チングによって基体を平滑および研磨するための方法お
よび装置が説明された。
【図面の簡単な説明】
【図１】基体上の局部的領域にプラズマエッチング領域
を制限することが可能な反応装置システムの概略図。
【図２】プラズマ下の表面の一部分の静的プラズマ補助
化学的エッチングによる処理後の粗い研磨されたシリコ
ンウェーハの写真図。
【図３】本発明の単方向性の平滑機構のコンピュータシ
ミュレートグラフ図。
【図４】本発明の全方向性の平滑機構のコンピュータシ
ミュレートグラフ図。
【符号の説明】
10…材料除去装置。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面を平滑し、研磨する基体の表面上の
    単方向性プラズマ補助化学的エッチング反応を実行する
    材料除去装置において、 プラズマチャンバ空洞を限定する手段と、プラズマシー
    スの厚さよりも小さいプラズマ内のイオンのイオン衝突
    平均自由行程を生ずるような圧力でプラズマチャンバ空
    洞に処理ガスを供給する手段と、反応性プラズマに前記
    ガスを分解する生ずるようにプラズマチャンバ空洞内の
    前記処理ガスに高周波パワーを供給する手段とを具備し
    ている基体の局部的領域において局部的プラズマエッチ
    ング反応を行う手段と、 プラズマチャンバ空洞の外部周辺を囲み、前記プラズマ
    チャンバ空洞の外側のプラズマ生成を抑制する手段と、 基体の異なる制限領域に局部的プラズマエッチング反応
    の位置を調節するように前記基体に関連して前記プラズ
    マチャンバ空洞の位置を調節する手段とを有する反応装
    置を具備していることを特徴とする材料除去装置。
  2. 【請求項２】 高周波パワーを供給する手段がプラズマ
    チャンバ空洞内に位置された第１の電極およびプラズマ
    チャンバ空洞の外側に位置された第２の電極を含み、プ
    ラズマチャンバ空洞内の反応性ガスに高周波パワーを供
    給する電気回路を完成するように基体が第１および第２
    の電極間に位置される請求項１記載の材料除去装置。
  3. 【請求項３】 第１の誘電性絶縁体が汚染物を含まない
    誘電材料から形成されることが好ましい請求項１記載の
    材料除去装置。
  4. 【請求項４】 プラズマチャンバ空洞に反応性のガスを
    供給する手段が導電性の多孔性ガス拡散器を含む請求項
    １記載の材料除去装置。
  5. 【請求項５】 プラズマチャンバ空洞の外部周辺を囲む
    手段が導電性の隣接した表面を絶縁するように第１の誘
    電性絶縁体から外方に延在する第２の誘電性の絶縁体で
    あり、それによってプラズマチャンバ空洞の外側のプラ
    ズマの消滅を促進する請求項１記載の材料除去装置。
  6. 【請求項６】 表面を平滑化し、研磨するように基体の
    表面上で全方向性プラズマ補助化学的エッチング反応を
    実行する材料除去装置において、 プラズマチャンバ空洞を限定する手段と、プラズマシー
    スの厚さよりも大きいプラズマ内にイオンのイオン衝突
    平均自由行程を生ずるようにプラズマチャンバ空洞に圧
    力で処理ガスを供給する手段と、反応性プラズマに前記
    ガスを分解するようにプラズマチャンバ空洞内の前記処
    理ガスに高周波パワーを供給する手段とを含む基体の局
    部的領域に局部的プラズマエッチング反応を発生する手
    段と、 プラズマチャンバ空洞の外部周辺を囲み、前記プラズマ
    チャンバ空洞の外側のプラズマ生成を抑制する手段と、 基体の異なる局部的領域に局部的プラズマエッチング反
    応の位置を調節するように前記基体に関して前記プラズ
    マチャンバ空洞の位置を調節する手段とを有する反応装
    置を具備していることを特徴とする材料除去装置。
  7. 【請求項７】 高周波パワーを供給する手段がプラズマ
    チャンバ空洞内に位置された第１の電極およびプラズマ
    チャンバ空洞の外側に位置された第２の電極を含み、プ
    ラズマチャンバ空洞内の反応性ガスに高周波パワーを供
    給する電気回路を完成するように基体が第１および第２
    の電極間に位置される請求項６記載の材料除去装置。
  8. 【請求項８】 プラズマチャンバ空洞の外部周辺を囲む
    手段が導電性の隣接した表面を絶縁するように第１の誘
    電性絶縁体から外側に延在する第２の誘電性絶縁体であ
    り、それによってプラズマチャンバ空洞の外側のプラズ
    マの消滅を促進する請求項６記載の材料除去装置。
  9. 【請求項９】 前記基体に関して前記プラズマチャンバ
    空洞の位置を調整する手段がＸ−Ｙ位置移動台である請
    求項６記載の材料除去装置。
  10. 【請求項１０】 表面を平滑化し、研磨するように基体
    の表面上で制限されたプラズマ補助化学的エッチング反
    応を実行する材料除去装置において、 ハウジング内の環境の温度および圧力を制御する手段を
    含んでいる局部的プラズマエッチング反応を実行するハ
    ウジング手段と、 ハウジング内に位置され、基体の局部的領域付近で局部
    的プラズマエッチング反応を実行するための空洞を有す
    るプラズマチャンバを限定するた第１の誘電性絶縁体
    と、 プラズマを生成し、プラズマチャンバ空洞内に位置され
    た第１の電極と、導電性高周波ガス拡散器と、およびプ
    ラズマチャンバ空洞の外側に位置された第２の電極とを
    含み、高周波パワーによってプラズマチャンバ内の０．
    １トルよりも大きな圧力で反応性ガスを供給する手段
    と、 ハウジング内で第１の誘電性絶縁体付近に位置され、導
    電性の隣接した表面を絶縁するように第１の誘電性絶縁
    体から外方に延在し、プラズマチャンバ空洞の外側の任
    意のプラズマの消滅を助長し、第１の誘電性絶縁体が高
    いプラズマを生成し、その領域の外側のプラズマが消滅
    されるようにプラズマエッチングが生じている位置の近
    接した周囲で反応性の流れを妨害するように第１の誘電
    性絶縁体よりも短い距離まで基体表面に向かって下方に
    延在している第２の誘電性の絶縁体と、 基体を支持する手段とを有し、 直交方向にプラズマチャンバに関して前記基体表面の位
    置を調整するＸ−Ｙ位置移動台とを有する反応装置を具
    備し、 基体はプラズマチャンバ空洞内の反応性ガスに高周波パ
    ワーを供給するための電気回路を完全にするように第１
    および第２の電極間に位置されている材料除去装置。
JP5038513A 1992-02-27 1993-02-26 均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のための方法および装置 Pending JPH065571A (ja)

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