JPH07183283A - 被加熱掃去面を備えるプラズマエッチング装置 - Google Patents
被加熱掃去面を備えるプラズマエッチング装置Info
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- JPH07183283A JPH07183283A JP6246240A JP24624094A JPH07183283A JP H07183283 A JPH07183283 A JP H07183283A JP 6246240 A JP6246240 A JP 6246240A JP 24624094 A JP24624094 A JP 24624094A JP H07183283 A JPH07183283 A JP H07183283A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 壁温を高くしてエッチング速度を高めること
により、フッ素を掃去し、かつ、無酸化物下層よりも酸
化膜へのエッチング選択性を高める。 【構成】 プラズマエッチング反応装置の操作方法とし
て具体化され、この方法は、反応装置内の加工物上の酸
化膜をエッチングするエッチング種と、このエッチング
種と特定蒸着温度より低い温度で結合して、加工物上の
凝縮可能のエッチング防止性ポリマーとなり得る非エッ
チング種とにプラズマとして解離するガスを反応装置に
導入し、エッチング種を掃去する材料を含む内壁を提供
し、この内壁の温度を上記蒸着温度より高く維持するこ
とから構成される。
により、フッ素を掃去し、かつ、無酸化物下層よりも酸
化膜へのエッチング選択性を高める。 【構成】 プラズマエッチング反応装置の操作方法とし
て具体化され、この方法は、反応装置内の加工物上の酸
化膜をエッチングするエッチング種と、このエッチング
種と特定蒸着温度より低い温度で結合して、加工物上の
凝縮可能のエッチング防止性ポリマーとなり得る非エッ
チング種とにプラズマとして解離するガスを反応装置に
導入し、エッチング種を掃去する材料を含む内壁を提供
し、この内壁の温度を上記蒸着温度より高く維持するこ
とから構成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化膜(例えば、二酸
化シリコン)と非酸化面(例えば、ポリシリコンやシリ
コン窒化膜)とのエッチングにおける高度の選択性が可
能なRFプラズマエッチング反応装置に関する。
化シリコン)と非酸化面(例えば、ポリシリコンやシリ
コン窒化膜)とのエッチングにおける高度の選択性が可
能なRFプラズマエッチング反応装置に関する。
【0002】
【従来の技術】欧州特許文献第0,520,519A1
号には、シリコンウエハ上に形成された薄膜をRFプラ
ズマエッチング処理を使ってエッチングするための、新
規な誘導結合プラズマエッチング反応装置が開示されて
いるので、その開示内容を参照して本明細書に含める。
かかる反応装置は、ウエハ上の二酸化シリコン膜を非酸
化物(例えば、窒化シリコン)の膜より優先的にエッチ
ングするのに使用できる。詳述すると、C2 F6 のよう
な炭素−フッ素ガスを反応装置のチャンバ内でプラズマ
を発生させるのに充分に励起して、イオンと、例えば、
FやCF3 のようなフリーラジカルとを生成する。これ
らFラジカルは、ウエハ上の二酸化シリコン膜をエッチ
ングし、一方、プラズマ中の炭素やフッ素の原子やイオ
ンはウエハ表面で結合してポリマーを形成する。このポ
リマーは、二酸化シリコンの表面に形成されたときに
は、エッチング処理中に二酸化シリコンから放出される
酸素の影響や、プラズマ中のフッ素の影響で解離する。
しかし、非酸化膜(例えば、窒化シリコン)上に形成さ
れたときには、このポリマーは、下地非酸化膜の酸素不
足のために蓄積し、この形成により下地非酸化膜のエッ
チングが阻止され、かくて、非酸化膜よりも酸化膜への
明瞭なエッチング選択性が提供される。この選択性は、
エッチングすべきではない非酸化膜(例えば、ポリシリ
コン)上に重なる二酸化シリコン層にバイアをエッチン
グするときに大きな利点となる。この選択性は、ポリシ
リコン層上に形成されたポリマーが40重量%を越える
フッ素を含むと低下するが、その理由は、かかるポリマ
ーが、プラズマ中のフッ素の腐食を受け易いことにあ
り、このため、下地ポリシリコン層への保護は低下する
のみである。
号には、シリコンウエハ上に形成された薄膜をRFプラ
ズマエッチング処理を使ってエッチングするための、新
規な誘導結合プラズマエッチング反応装置が開示されて
いるので、その開示内容を参照して本明細書に含める。
かかる反応装置は、ウエハ上の二酸化シリコン膜を非酸
化物(例えば、窒化シリコン)の膜より優先的にエッチ
ングするのに使用できる。詳述すると、C2 F6 のよう
な炭素−フッ素ガスを反応装置のチャンバ内でプラズマ
を発生させるのに充分に励起して、イオンと、例えば、
FやCF3 のようなフリーラジカルとを生成する。これ
らFラジカルは、ウエハ上の二酸化シリコン膜をエッチ
ングし、一方、プラズマ中の炭素やフッ素の原子やイオ
ンはウエハ表面で結合してポリマーを形成する。このポ
リマーは、二酸化シリコンの表面に形成されたときに
は、エッチング処理中に二酸化シリコンから放出される
酸素の影響や、プラズマ中のフッ素の影響で解離する。
しかし、非酸化膜(例えば、窒化シリコン)上に形成さ
れたときには、このポリマーは、下地非酸化膜の酸素不
足のために蓄積し、この形成により下地非酸化膜のエッ
チングが阻止され、かくて、非酸化膜よりも酸化膜への
明瞭なエッチング選択性が提供される。この選択性は、
エッチングすべきではない非酸化膜(例えば、ポリシリ
コン)上に重なる二酸化シリコン層にバイアをエッチン
グするときに大きな利点となる。この選択性は、ポリシ
リコン層上に形成されたポリマーが40重量%を越える
フッ素を含むと低下するが、その理由は、かかるポリマ
ーが、プラズマ中のフッ素の腐食を受け易いことにあ
り、このため、下地ポリシリコン層への保護は低下する
のみである。
【0003】「窒化物に優先する酸化物へのエッチング
選択性」という名称でマークス(Marks)等により
1992年9月8日に提出された米国特許出願第07/
941,501号明細書には、前記欧州特許文献に開示
されているタイプの誘導結合プラズマ反応装置を使用し
て、40%未満のフッ素を含む炭素ポリマー膜を非酸化
物(すなわち、窒化シリコン)膜上に形成する方法が開
示されている。この改良点は、プラズマ中の炭素のフッ
素に対する割合を高めることにより実現され、プラズマ
中にフッ素掃去材を導入することにより達成される。か
かる掃去材の一種が、例えば、シランガスである。シラ
ンガス中のシリコンがプラズマ中の遊離フッ素原子と結
合してSF4 カ゛スを形成し、このガスは反応装置のチ
ャンバから容易にポンプ排出される。この改良点の効果
は、シリコン窒化膜上に形成された炭素濃厚ポリマーが
プラズマ中のフッ素に抵抗性であり、このため、窒化シ
リコンエッチング速度より二酸化シリコンエッチング速
度への実質上無限の選択性を提供することである。
選択性」という名称でマークス(Marks)等により
1992年9月8日に提出された米国特許出願第07/
941,501号明細書には、前記欧州特許文献に開示
されているタイプの誘導結合プラズマ反応装置を使用し
て、40%未満のフッ素を含む炭素ポリマー膜を非酸化
物(すなわち、窒化シリコン)膜上に形成する方法が開
示されている。この改良点は、プラズマ中の炭素のフッ
素に対する割合を高めることにより実現され、プラズマ
中にフッ素掃去材を導入することにより達成される。か
かる掃去材の一種が、例えば、シランガスである。シラ
ンガス中のシリコンがプラズマ中の遊離フッ素原子と結
合してSF4 カ゛スを形成し、このガスは反応装置のチ
ャンバから容易にポンプ排出される。この改良点の効果
は、シリコン窒化膜上に形成された炭素濃厚ポリマーが
プラズマ中のフッ素に抵抗性であり、このため、窒化シ
リコンエッチング速度より二酸化シリコンエッチング速
度への実質上無限の選択性を提供することである。
【0004】コリンズ(Collins)等により19
92年12月1日に提出された米国特許出願第07/9
84,045号明細書、コリンズ等により1992年9
月8日に提出された米国特許出願第09/941,50
7号明細書にはそれぞれ、フッ素掃去材を反応装置のチ
ャンバに導入して、前記マークス等の出願に係わる発明
で実現されていると同一タイプの利点を達成する静電、
誘導結合プラズマエッチング装置が開示されている。こ
の掃去材は、反応装置のチャンバ内のシリコン製天井の
形をしている。このシリコン製天井が、プラズマからフ
ッ素を掃去するシリコン原子をプラズマ中に放出して、
プラズマ中に所望の炭素対フッ素比を提供し、非酸化物
( 例えば、窒化シリコン) 膜上に、プラズマ中のフッ素
に抵抗性である炭素濃厚ポリマーを形成する。
92年12月1日に提出された米国特許出願第07/9
84,045号明細書、コリンズ等により1992年9
月8日に提出された米国特許出願第09/941,50
7号明細書にはそれぞれ、フッ素掃去材を反応装置のチ
ャンバに導入して、前記マークス等の出願に係わる発明
で実現されていると同一タイプの利点を達成する静電、
誘導結合プラズマエッチング装置が開示されている。こ
の掃去材は、反応装置のチャンバ内のシリコン製天井の
形をしている。このシリコン製天井が、プラズマからフ
ッ素を掃去するシリコン原子をプラズマ中に放出して、
プラズマ中に所望の炭素対フッ素比を提供し、非酸化物
( 例えば、窒化シリコン) 膜上に、プラズマ中のフッ素
に抵抗性である炭素濃厚ポリマーを形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記技術の難点は、多
くのタイプの反応装置、特に、前記欧州特許文献に開示
されているタイプの誘導結合反応装置、では、チャンバ
側壁を石英( 二酸化シリコン) で形成することが、壁面
上の二酸化シリコン原子がエッチングによりシリコンと
酸素との原子を提供するので好ましい点にある。このシ
リコン原子がプラズマからフッ素を掃去し、前記効果が
得られる。低い割合ではあるが、前記酸素原子がプラズ
マ中の炭素原子と結合して炭素を掃去するが、これは副
次的効果である。
くのタイプの反応装置、特に、前記欧州特許文献に開示
されているタイプの誘導結合反応装置、では、チャンバ
側壁を石英( 二酸化シリコン) で形成することが、壁面
上の二酸化シリコン原子がエッチングによりシリコンと
酸素との原子を提供するので好ましい点にある。このシ
リコン原子がプラズマからフッ素を掃去し、前記効果が
得られる。低い割合ではあるが、前記酸素原子がプラズ
マ中の炭素原子と結合して炭素を掃去するが、これは副
次的効果である。
【0006】石英製側壁は、反応装置の稼働を停止し、
プラズマを止める毎に冷却され易いが、これは、新たな
ウエハカセットを導入したり、或いは、例えば、チャン
バを保守のために開けなければならないときには常に典
型的なものである。側壁は典型的には、炭素−フッ素ポ
リマーが凝縮する蒸着温度である170℃より低い温度
に迄降下する。プラズマを再発生させると即、プラズマ
から形成された炭素−フッ素ポリマーが今や冷却されて
いる石英製側壁上に急速凝縮して、非常に厚いポリマー
皮膜を形成する。各ウエハをチャンバ内を循環させるに
つれて、側壁温度が上昇し、新たな各ウエハの導入時に
プラズマを短時間止めるときにはわずかに、かつ、一時
的に降下するが、全般的には、図1に図示される通り、
定常温度に向かって着実に上昇する。一方、石英製側壁
がポリマ- のうちの極めて多くを吸引しているので、ウ
エハ上の非酸化物( 例えば、ポリシリコンや窒化シリコ
ン) をエッチングから保護するにはほとんど役立たず、
従って、酸化物対非酸化物エッチング選択性は、最初の
数ウエハの処理中に必要とされるレベルより低い。
プラズマを止める毎に冷却され易いが、これは、新たな
ウエハカセットを導入したり、或いは、例えば、チャン
バを保守のために開けなければならないときには常に典
型的なものである。側壁は典型的には、炭素−フッ素ポ
リマーが凝縮する蒸着温度である170℃より低い温度
に迄降下する。プラズマを再発生させると即、プラズマ
から形成された炭素−フッ素ポリマーが今や冷却されて
いる石英製側壁上に急速凝縮して、非常に厚いポリマー
皮膜を形成する。各ウエハをチャンバ内を循環させるに
つれて、側壁温度が上昇し、新たな各ウエハの導入時に
プラズマを短時間止めるときにはわずかに、かつ、一時
的に降下するが、全般的には、図1に図示される通り、
定常温度に向かって着実に上昇する。一方、石英製側壁
がポリマ- のうちの極めて多くを吸引しているので、ウ
エハ上の非酸化物( 例えば、ポリシリコンや窒化シリコ
ン) をエッチングから保護するにはほとんど役立たず、
従って、酸化物対非酸化物エッチング選択性は、最初の
数ウエハの処理中に必要とされるレベルより低い。
【0007】最終的には、石英製側壁の温度は170℃
を越えて上昇し、今や熱い側壁から厚ポリマー皮膜が突
然気化して、反応装置チャンバ内で目下処理中の新しい
ウエハを被覆し、エッチング処理を妨害する。
を越えて上昇し、今や熱い側壁から厚ポリマー皮膜が突
然気化して、反応装置チャンバ内で目下処理中の新しい
ウエハを被覆し、エッチング処理を妨害する。
【0008】上記問題を回避する一方法は、石英製側壁
温度が優に170℃を越える迄、生産ウエハの導入を遅
らせることであるが、かかる手段には、許容できない時
間の損失と材料( 即ち、反応装置チャンバ内の掃去材シ
リコン、石英) の損失とが伴う。従って、生産時間の損
失とチャンバ内材料の損失とを伴うことなく前記問題を
解決する必要がある。
温度が優に170℃を越える迄、生産ウエハの導入を遅
らせることであるが、かかる手段には、許容できない時
間の損失と材料( 即ち、反応装置チャンバ内の掃去材シ
リコン、石英) の損失とが伴う。従って、生産時間の損
失とチャンバ内材料の損失とを伴うことなく前記問題を
解決する必要がある。
【0009】
【課題を解決するための手段および作用】本発明はプラ
ズマエッチング反応装置として具体化され、この反応装
置には、反応装置内の加工物上の酸化膜をエッチングす
るエッチング種と、このエッチング種と特定蒸着温度よ
り低い温度で結合して、前記加工物上の凝縮可能のエッ
チング防止性ポリマーとなり得る非エッチング種とにプ
ラズマとして解離するガスが導入され、前記反応装置
は、エッチング種を掃去する材料を構成材料とする内壁
を備え、内壁温度を蒸着温度より高く維持するための手
段が具備されている。壁温を蒸着温度より高くすると、
熱い石英面のエッチング速度が高まり、これにより、フ
ッ素が掃去され、かつ、無酸化物下層よりも酸化膜への
エッチング選択性が高まる。
ズマエッチング反応装置として具体化され、この反応装
置には、反応装置内の加工物上の酸化膜をエッチングす
るエッチング種と、このエッチング種と特定蒸着温度よ
り低い温度で結合して、前記加工物上の凝縮可能のエッ
チング防止性ポリマーとなり得る非エッチング種とにプ
ラズマとして解離するガスが導入され、前記反応装置
は、エッチング種を掃去する材料を構成材料とする内壁
を備え、内壁温度を蒸着温度より高く維持するための手
段が具備されている。壁温を蒸着温度より高くすると、
熱い石英面のエッチング速度が高まり、これにより、フ
ッ素が掃去され、かつ、無酸化物下層よりも酸化膜への
エッチング選択性が高まる。
【0010】
【実施例】石英製側壁におけるポリマーの蒸着、気化に
まつわる問題は、プラズマからの熱流量より多い能力を
有する冷却装置と、側壁温度を制御し、かつ、冷却装置
より多い能力を有する加熱装置とを備える熱制御システ
ムにより、いかなる生産性の低下もなく、かつ、いかな
るチャンバ内材料の無駄もなく、解消される。側壁加熱
装置を調節して、反応装置非稼働時は常に、石英製側壁
の温度を170℃というポリマー凝縮温度より高く維持
する。プラズマに点火するときの、石英製の壁の内面で
の温度上昇を最小にするためには、プラズマ点火直後
に、加熱装置による石英製側壁の加熱を停止する。石英
側壁温度の調節においては、加熱装置は、石英側壁に取
り付けられた温度センサーに応答するフィードバック制
御ループを用いる。簡素化するためには、温度センサー
を石英製側壁の外面に取り付け、加熱装置により、側壁
の内面と外面との間に所定の温度勾配を維持する。
まつわる問題は、プラズマからの熱流量より多い能力を
有する冷却装置と、側壁温度を制御し、かつ、冷却装置
より多い能力を有する加熱装置とを備える熱制御システ
ムにより、いかなる生産性の低下もなく、かつ、いかな
るチャンバ内材料の無駄もなく、解消される。側壁加熱
装置を調節して、反応装置非稼働時は常に、石英製側壁
の温度を170℃というポリマー凝縮温度より高く維持
する。プラズマに点火するときの、石英製の壁の内面で
の温度上昇を最小にするためには、プラズマ点火直後
に、加熱装置による石英製側壁の加熱を停止する。石英
側壁温度の調節においては、加熱装置は、石英側壁に取
り付けられた温度センサーに応答するフィードバック制
御ループを用いる。簡素化するためには、温度センサー
を石英製側壁の外面に取り付け、加熱装置により、側壁
の内面と外面との間に所定の温度勾配を維持する。
【0011】図2を参照して説明すると、前記欧州特許
文献に記載の一般タイプの誘導結合プラズマ反応装置
は、円筒形の石英製側壁20で封じられた減圧チャンバ
10と、格納式環状ホルダー40でシリコンウエハ35
がその上に保持されるカソードアセンブリを有する底部
25とを備える。天井45は、温度制御用熱源55に接
続している直上加熱エレメント50で加熱される結晶シ
リコンである。図3に示されるように、円筒形のアルミ
製頭壁60が、石英製側壁20の上の0.025cm厚
ポリアミドパッド61上に載置され、その内部を冷却材
がポンプ67により水ジャケット66を通過して循環し
ている直上の円板状冷却エレメント65を支持する。こ
れにより、アルミ製の円筒形頭壁60を通じて石英製側
壁20が冷却される。
文献に記載の一般タイプの誘導結合プラズマ反応装置
は、円筒形の石英製側壁20で封じられた減圧チャンバ
10と、格納式環状ホルダー40でシリコンウエハ35
がその上に保持されるカソードアセンブリを有する底部
25とを備える。天井45は、温度制御用熱源55に接
続している直上加熱エレメント50で加熱される結晶シ
リコンである。図3に示されるように、円筒形のアルミ
製頭壁60が、石英製側壁20の上の0.025cm厚
ポリアミドパッド61上に載置され、その内部を冷却材
がポンプ67により水ジャケット66を通過して循環し
ている直上の円板状冷却エレメント65を支持する。こ
れにより、アルミ製の円筒形頭壁60を通じて石英製側
壁20が冷却される。
【0012】螺旋形の円筒形アンテナコイル70が円筒
形の石英製側壁20を包囲し、チャンバ10内のプラズ
マに誘導結合エネルギーを供給するRFエネルギー源7
5に接続している。Al2 03 やSi2 N4 の様なセラ
ミック製の円筒形カバー77がアンテナコイル70を囲
む。カソードアセンブリ30は、ウエハ35にバイアス
エネルギーを供給するRFバイアス源80に接続する。
形の石英製側壁20を包囲し、チャンバ10内のプラズ
マに誘導結合エネルギーを供給するRFエネルギー源7
5に接続している。Al2 03 やSi2 N4 の様なセラ
ミック製の円筒形カバー77がアンテナコイル70を囲
む。カソードアセンブリ30は、ウエハ35にバイアス
エネルギーを供給するRFバイアス源80に接続する。
【0013】仕切弁/真空ポンプアセンブリ90が、チ
ャンバ胴部95の開口を通じてチャンバ10からガスを
抜き取って、圧力制御装置100によって決定されるチ
ャンバ10内減圧度を維持する。ガス供給路105よ
り、チャンバ10内へC2 F6のような気体を給送す
る。
ャンバ胴部95の開口を通じてチャンバ10からガスを
抜き取って、圧力制御装置100によって決定されるチ
ャンバ10内減圧度を維持する。ガス供給路105よ
り、チャンバ10内へC2 F6のような気体を給送す
る。
【0014】石英製側壁20の内面20aの温度を17
0℃より優に高く維持するために、図3に最も分かり易
く示されている加熱エレメント120を、セラミックカ
バー77の内部の、石英製側壁20の底部近くに設置
し、図2に示される電源125に接続する。加熱エレメ
ント120は、米国ミズーリ州セントルイス、ラックラ
ンドロード12001(12001 Lackland
Road、St.Louis、Missouri)の
ワトロウ社(Watlow、Inc)製のケーブルヒー
ターが好ましい。チャンバ10が20.3cm(8イン
チ)ウエハを保持するのに十分な大きさならば、ケーブ
ルヒーターは約114cm(45インチ)長とし、円形
に巻き、その外装を電気的に接地する。このケーブルヒ
ーターは208ボルト、1100ワットの印加により操
作することが好ましい。プラズマへの電磁妨害を避ける
ためには、ケーブルヒーター2の両端を接触させず、約
2.5cm隔てることが好ましい。別法として、二番目
の加熱エレメント即ちケーブルヒーター140を石英製
側壁20の頭部近くに設置することができ、この場合
は、各ケーブルヒーター120、140を550ワット
で操作する。
0℃より優に高く維持するために、図3に最も分かり易
く示されている加熱エレメント120を、セラミックカ
バー77の内部の、石英製側壁20の底部近くに設置
し、図2に示される電源125に接続する。加熱エレメ
ント120は、米国ミズーリ州セントルイス、ラックラ
ンドロード12001(12001 Lackland
Road、St.Louis、Missouri)の
ワトロウ社(Watlow、Inc)製のケーブルヒー
ターが好ましい。チャンバ10が20.3cm(8イン
チ)ウエハを保持するのに十分な大きさならば、ケーブ
ルヒーターは約114cm(45インチ)長とし、円形
に巻き、その外装を電気的に接地する。このケーブルヒ
ーターは208ボルト、1100ワットの印加により操
作することが好ましい。プラズマへの電磁妨害を避ける
ためには、ケーブルヒーター2の両端を接触させず、約
2.5cm隔てることが好ましい。別法として、二番目
の加熱エレメント即ちケーブルヒーター140を石英製
側壁20の頭部近くに設置することができ、この場合
は、各ケーブルヒーター120、140を550ワット
で操作する。
【0015】石英製側壁20の正確な温度制御を達成す
るためには、石英側壁20を囲むセラミック製カバー7
7の外面上に取り付けられた熱電対190のような温度
センサーを、温度コントローラー130の入力側に接続
する。典型的には、石英製側壁20の内面とセラミック
製カバー77の外面との間には、約30〜40℃の温度
勾配が存在する。コントローラー130をプログラム制
御して、システム非稼働時のセラミック製カバー77の
外面を約200℃に維持する。プラズマが点火される
と、熱は石英製側壁20に伝達され、それを経、小空隙
77a(典型的には、0.0075cm)を経由し、セ
ラミック製カバー77に達する。好ましい態様では、プ
ラズマがチャンバ10内に存在する間は(熱源125か
らの遮断によって)ヒーター120を止める。これによ
りセラミック製カバー77の温度がわずかに降下し、石
英製側壁20の内面の温度の上昇が最小になる。好まし
い一態様において、温度コントローラー130は、当業
者により容易にプログラム制御される通常のPID(比
例積分微分)コントローラーである。プラズマをチャン
バ内で点火するときは常に、ケーブルヒーター120
(及び140)への電力がオフとなり、プラズマの消滅
がRF発生器75からの制御ライン191を経由して感
知されたら即座にケーブルヒーター120(及び14
0)への電力がオンとなるようにPIDコントローラー
130をプログラム制御することが好ましい。
るためには、石英側壁20を囲むセラミック製カバー7
7の外面上に取り付けられた熱電対190のような温度
センサーを、温度コントローラー130の入力側に接続
する。典型的には、石英製側壁20の内面とセラミック
製カバー77の外面との間には、約30〜40℃の温度
勾配が存在する。コントローラー130をプログラム制
御して、システム非稼働時のセラミック製カバー77の
外面を約200℃に維持する。プラズマが点火される
と、熱は石英製側壁20に伝達され、それを経、小空隙
77a(典型的には、0.0075cm)を経由し、セ
ラミック製カバー77に達する。好ましい態様では、プ
ラズマがチャンバ10内に存在する間は(熱源125か
らの遮断によって)ヒーター120を止める。これによ
りセラミック製カバー77の温度がわずかに降下し、石
英製側壁20の内面の温度の上昇が最小になる。好まし
い一態様において、温度コントローラー130は、当業
者により容易にプログラム制御される通常のPID(比
例積分微分)コントローラーである。プラズマをチャン
バ内で点火するときは常に、ケーブルヒーター120
(及び140)への電力がオフとなり、プラズマの消滅
がRF発生器75からの制御ライン191を経由して感
知されたら即座にケーブルヒーター120(及び14
0)への電力がオンとなるようにPIDコントローラー
130をプログラム制御することが好ましい。
【0016】石英製側壁20の安定温度制御に必要な条
件は、チャンバ10内のプラズマからの石英製側壁20
を通じての熱流量が冷却材サーキュレーター67により
提供される冷却からの熱流量より少なく、後者の熱流量
が加熱エレメント120からの熱流量より少なくなくて
はならないことである。石英製側壁20の内面とセラミ
ック製カバー77の外面との間の熱流量は、両者の間の
空隙77aを通じての伝導により定まる。空隙77a
は、好ましい一態様では、約0.02ワット/メートル
・℃の熱伝導率を示し、石英製側壁20とセラミック製
カバー77の熱伝導率はそれぞれ、1.5、20ワット
/メートル・℃である。石英製側壁20と冷却用頭部6
5とからの熱流量は、セラミックカバー77の頭部と冷
却用頭部65との間の0.025cm厚ポリアミドパッ
ド61を通じての伝導により定まる。石英製側壁20は
冷却装置65から物理的に離れているので、チャンバ1
0内でプラズマが発生している時は常に熱源125をオ
フにして温度上昇を回避するか、石英製側壁20の内面
で10℃から20℃に軽減する。
件は、チャンバ10内のプラズマからの石英製側壁20
を通じての熱流量が冷却材サーキュレーター67により
提供される冷却からの熱流量より少なく、後者の熱流量
が加熱エレメント120からの熱流量より少なくなくて
はならないことである。石英製側壁20の内面とセラミ
ック製カバー77の外面との間の熱流量は、両者の間の
空隙77aを通じての伝導により定まる。空隙77a
は、好ましい一態様では、約0.02ワット/メートル
・℃の熱伝導率を示し、石英製側壁20とセラミック製
カバー77の熱伝導率はそれぞれ、1.5、20ワット
/メートル・℃である。石英製側壁20と冷却用頭部6
5とからの熱流量は、セラミックカバー77の頭部と冷
却用頭部65との間の0.025cm厚ポリアミドパッ
ド61を通じての伝導により定まる。石英製側壁20は
冷却装置65から物理的に離れているので、チャンバ1
0内でプラズマが発生している時は常に熱源125をオ
フにして温度上昇を回避するか、石英製側壁20の内面
で10℃から20℃に軽減する。
【0017】前述通り、シリコン製天井45の温度が、
シリコン原子がそこからチャンバ10内のプラズマ中に
放出される速度を定め、それ故、炭素対フッ素含量比に
影響する。従って、60重量%を超えるポリマー炭素含
量を提供する炭素/フッ素プラズマ比に対応する温度に
シリコン製天井を維持する。天井45のかかる温度制御
は、温度センサー即ち、シリコン製天井45に取り付け
られた熱電対200から受信される信号により天井熱源
55を支配する通常のPIDコントローラー210によ
って達成される。PIDコントローラー210は、当業
者により容易にプログラム制御され、ウエハ35上の非
酸化物(例えば、ポリシリコンや窒化シリコン)面の上
に形成されるポリマーの所定の炭素含量に必要な温度に
シリコン製天井を維持する。シリコン製天井45への熱
伝導は、空隙77aと同様な、ヒーター50と天井45
との間の適当な空隙220によって定まる。シリコン製
天井45の安定温度制御に必要な条件は、チャンバ10
内のプラズマからの天井45を通じての熱流量が冷却材
サーキュレーター67により提供される冷却からの熱流
量より少なく、後者の熱流量が加熱エレメント50から
の熱流量より少なくなくてはならないことである。従っ
て、好ましい一態様において、ヒーター50は4500
ワットを提供し、一方、冷却装置65から2500ワッ
トの冷却が天井に対して有効である。チャンバ10内の
プラズマは天井にわずかに1500ワットの熱量を発生
するのみであり、それ故、PIDコントローラー210
を備える温度制御ループは常に、例えプラズマがチャン
バ10内で点火されていても、シリコン製天井の温度を
調節可能である。
シリコン原子がそこからチャンバ10内のプラズマ中に
放出される速度を定め、それ故、炭素対フッ素含量比に
影響する。従って、60重量%を超えるポリマー炭素含
量を提供する炭素/フッ素プラズマ比に対応する温度に
シリコン製天井を維持する。天井45のかかる温度制御
は、温度センサー即ち、シリコン製天井45に取り付け
られた熱電対200から受信される信号により天井熱源
55を支配する通常のPIDコントローラー210によ
って達成される。PIDコントローラー210は、当業
者により容易にプログラム制御され、ウエハ35上の非
酸化物(例えば、ポリシリコンや窒化シリコン)面の上
に形成されるポリマーの所定の炭素含量に必要な温度に
シリコン製天井を維持する。シリコン製天井45への熱
伝導は、空隙77aと同様な、ヒーター50と天井45
との間の適当な空隙220によって定まる。シリコン製
天井45の安定温度制御に必要な条件は、チャンバ10
内のプラズマからの天井45を通じての熱流量が冷却材
サーキュレーター67により提供される冷却からの熱流
量より少なく、後者の熱流量が加熱エレメント50から
の熱流量より少なくなくてはならないことである。従っ
て、好ましい一態様において、ヒーター50は4500
ワットを提供し、一方、冷却装置65から2500ワッ
トの冷却が天井に対して有効である。チャンバ10内の
プラズマは天井にわずかに1500ワットの熱量を発生
するのみであり、それ故、PIDコントローラー210
を備える温度制御ループは常に、例えプラズマがチャン
バ10内で点火されていても、シリコン製天井の温度を
調節可能である。
【0018】実施例 一実施例において、誘導結合RF源75は2MHzで2
800ワットを発生し、バイアスRF源80は1.8M
Hzで1400ワットを発生し、熱源55を、シリコン
製天井45の温度を260℃に維持するように設定し、
熱源125を、石英製の壁の内面の温度を200℃に維
持するように設定し、そして、ガス供給路を通じてのC
2 F6 の流量は、(仕切弁/真空ポンプアセンブリ90
に至るまでの部分を含めて)17リットル容のチャンバ
において、5ミリトルのチャンバ圧力で、35標準立方
センチメートル/分であった。
800ワットを発生し、バイアスRF源80は1.8M
Hzで1400ワットを発生し、熱源55を、シリコン
製天井45の温度を260℃に維持するように設定し、
熱源125を、石英製の壁の内面の温度を200℃に維
持するように設定し、そして、ガス供給路を通じてのC
2 F6 の流量は、(仕切弁/真空ポンプアセンブリ90
に至るまでの部分を含めて)17リットル容のチャンバ
において、5ミリトルのチャンバ圧力で、35標準立方
センチメートル/分であった。
【0019】一般に、RF源75のソースRF電力は約
2MHzで2000〜3000ワットの範囲内にあり、
RF源80のバイアスRF電力は1.8MHzで500
〜1500ワットの範囲内にあり(ウエハのサイズに左
右される)、シリコン製天盤の温度は、200〜300
℃の範囲にあり、石英製側壁の内面温度は、170〜2
30℃の範囲内にあり、C2 F6 カ゛スの流量は20〜
50標準立方センチメートル/分であり、チャンバ圧力
は1〜10ミリトルである。
2MHzで2000〜3000ワットの範囲内にあり、
RF源80のバイアスRF電力は1.8MHzで500
〜1500ワットの範囲内にあり(ウエハのサイズに左
右される)、シリコン製天盤の温度は、200〜300
℃の範囲にあり、石英製側壁の内面温度は、170〜2
30℃の範囲内にあり、C2 F6 カ゛スの流量は20〜
50標準立方センチメートル/分であり、チャンバ圧力
は1〜10ミリトルである。
【0020】石英製の壁20の温度が210℃から22
5℃に変動すると、ポリシリコンに対する酸化物のエッ
チング選択比は約15から19に上昇し、酸化物エッチ
ング速度は約10%低下する。石英製の壁20の温度が
上昇すると、下地ポリシリコン層上の、炭素に富み、そ
れ故フッ素抵抗性であるポリマー皮膜のために多くのシ
リコン原子がフッ素の掃去に供給され、上に重なる酸化
物のエッチングのためのフッ素が少なくなる。
5℃に変動すると、ポリシリコンに対する酸化物のエッ
チング選択比は約15から19に上昇し、酸化物エッチ
ング速度は約10%低下する。石英製の壁20の温度が
上昇すると、下地ポリシリコン層上の、炭素に富み、そ
れ故フッ素抵抗性であるポリマー皮膜のために多くのシ
リコン原子がフッ素の掃去に供給され、上に重なる酸化
物のエッチングのためのフッ素が少なくなる。
【0021】図4は、本発明により達成される温度安定
性を示すグラフであり、図3で各々1、2、3と番号が
付されている、石英製側壁上の3点における、時間の関
数としての温度を示している。石英製側壁の温度は、反
応装置非稼働中(図4のグラフにおける最初の60秒
間)は約216℃近辺にあり、処理すべき新たな各ウエ
ハに対してプラズマを再点火すると変動する。データ
は、処理すべき最初の6つのウエハに対する、プラズマ
を伴わない装填時間45秒とプラズマ処理時間90秒と
からなる一周期を反映している。その後、ウエハカセッ
トを交換し、或いはチャンバを清浄にする間の長い非稼
働時間が存在する。図5は、図3の装置における種々の
熱伝導経路を示す。
性を示すグラフであり、図3で各々1、2、3と番号が
付されている、石英製側壁上の3点における、時間の関
数としての温度を示している。石英製側壁の温度は、反
応装置非稼働中(図4のグラフにおける最初の60秒
間)は約216℃近辺にあり、処理すべき新たな各ウエ
ハに対してプラズマを再点火すると変動する。データ
は、処理すべき最初の6つのウエハに対する、プラズマ
を伴わない装填時間45秒とプラズマ処理時間90秒と
からなる一周期を反映している。その後、ウエハカセッ
トを交換し、或いはチャンバを清浄にする間の長い非稼
働時間が存在する。図5は、図3の装置における種々の
熱伝導経路を示す。
【0022】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、壁温を高くしてエッチング速度を高めるこ
とにより、フッ素を掃去し、かつ、無酸化物下層よりも
酸化膜へのエッチング選択性を高めることができる。
ているので、壁温を高くしてエッチング速度を高めるこ
とにより、フッ素を掃去し、かつ、無酸化物下層よりも
酸化膜へのエッチング選択性を高めることができる。
【図1】本発明の発見に先立つ従来タイプの誘導結合プ
ラズマ反応装置における、時間の関数としての側壁温度
を示すグラフ。
ラズマ反応装置における、時間の関数としての側壁温度
を示すグラフ。
【図2】本発明を具体化している誘導結合プラズマ反応
装置の略図。
装置の略図。
【図3】図2の反応装置の一部の詳細図。
【図4】図3に示す異なる3カ所における、時間の関数
としての温度のグラフ。
としての温度のグラフ。
【図5】図3の装置における熱伝導路を示す図。
10…チャンバ、20…反応装置内壁、25…反応装置底部、
30…カソードアセンブリ、35…ウエハ、40…格納式環状
ホルダー、45…天井、50…加熱エレメント、55…熱源、
60…円筒形頭壁、65…冷却エレメント、70…アンテナコ
イル、75…誘導結合RF源、80…バイアスRF源、90…
仕切弁/真空ポンプアセンブリ、95…チャンバ胴部、10
0 …圧力制御装置、120 …ケーブルヒーター、125 …熱
源、210…PIDコントローラー。
30…カソードアセンブリ、35…ウエハ、40…格納式環状
ホルダー、45…天井、50…加熱エレメント、55…熱源、
60…円筒形頭壁、65…冷却エレメント、70…アンテナコ
イル、75…誘導結合RF源、80…バイアスRF源、90…
仕切弁/真空ポンプアセンブリ、95…チャンバ胴部、10
0 …圧力制御装置、120 …ケーブルヒーター、125 …熱
源、210…PIDコントローラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー マークス アメリカ合衆国, カリフォルニア州 95129, サン ノゼ, シエロ ヴィス タ 4730 (72)発明者 デイビッド ダブリュー.グローシェル アメリカ合衆国, カリフォルニア州 94022, ロス アルトス ヒルズ, ヴ ィア ヴェンタナ 27985 (72)発明者 ニコラス ジェイ. ブライト アメリカ合衆国, カリフォルニア州 95070, サラトガ, カークブルック ドライヴ 12133
Claims (36)
- 【請求項1】 プラズマエッチング反応装置の操作方法
において、 反応装置内の加工物上の酸化膜をエッチングするエッチ
ング種と、このエッチング種と特定蒸着温度より低い温
度で結合して、前記加工物上の凝縮可能のエッチング防
止性ポリマーとなり得る非エッチング種とにプラズマと
して解離するガスを前記反応装置に導入する工程と、 前記エッチング種を掃去する(scavenges) 材料を含む内
壁を提供する工程と、 前記内壁の温度を前記蒸着温度より高く維持する工程
と、を備える方法。 - 【請求項2】 前記維持する工程が、 加熱エレメントを内壁近くに提供すること、 前記内壁の温度を蒸着温度より所定の差だけ高く維持す
るのに充分な電力を加熱エレメントに印加すること、 前記反応装置内でプラズマが点火されるときは常に、前
記加熱エレメントへの電力の印加を断つこと、を備える
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記充分な電力が、前記内壁近くの部分
で測定された温度と、その部分の所定の温度との差の関
数である、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記部分が、前記内壁に隣接した外面で
ある、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記反応装置がその内部に更に、エッチ
ング種を掃去する材料を含む物品(article) を備え、 プラズマ中の非エッチング種とエッチング種との所望含
量比に対応した温度に前記物品の温度を維持する工程を
備える、請求項2記載の方法。 - 【請求項6】 プラズマにおける前記所望含量比が、前
記プラズマ中のエッチング種による腐食(attack)に対し
てポリマーが抵抗性となる、前記ポリマー中の非エッチ
ング種の含量比に対応している、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 エッチング種がフッ素を含み、前記非エ
ッチング種が炭素を含み、前記ガスが炭素−フッ素ガス
を含む、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 前記内壁が石英を含み、前記掃去用物品
がシリコンを含む、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 前記反応装置が、この反応装置のチャン
バを囲む円筒螺旋形のRFアンテナを有する誘導結合反
応装置を備え、前記内壁が前記アンテナを支える円筒形
の石英製側壁を備える、請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 前記内壁の温度を維持する工程が更
に、 反応装置内に冷却エレメントを提供すること、 前記内壁と前記冷却エレメントとの間に、前記プラズマ
から前記内壁への熱流量より多い第一の熱流量を有する
冷却用熱経路を提供すること、 前記内壁と加熱エレメントとの間に、前記第一熱流量よ
り多い熱流量を有する加熱用熱経路を提供すること、を
備える、請求項5記載の方法。 - 【請求項11】 前記冷却用熱経路を提供する工程が、
この冷却用熱経路中に第一の耐熱性エレメントを設置す
ることにより前記冷却用熱経路の熱流量を設定すること
を備える、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 前記第一の耐熱性エレメントがポリア
ミド系材料を含む、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記加熱用熱経路を提供する工程が、
この加熱用熱経路中に他の、第二の耐熱性エレメントを
設置することにより前記加熱用熱経路の熱流量を設定す
ることを備える、請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 前記他の耐熱性エレメントが薄い空隙
を備える、請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 前記物品の温度を維持する工程が、 前記物品への物品加熱用熱経路を有する物品加熱エレメ
ントを提供すること、 前記物品と前記冷却エレメントとの間に物品冷却用熱経
路を提供すること、を備える、請求項13記載の方法。 - 【請求項16】 前記物品加熱エレメントを提供する工
程が、前記物品加熱用熱経路中に熱流耐性エレメントを
提供することにより前記物品加熱用熱経路の熱流量を設
定することを備える、請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 前記製品加熱用経路中の前記熱流耐性
エレメントが薄い空隙を備える、請求項16記載の方
法。 - 【請求項18】 反応装置内の加工物上の酸化膜をエッ
チングするエッチング種と、このエッチング種と特定蒸
着温度より低い温度で結合して、前記加工物上の凝縮可
能のエッチング防止性ポリマーとなり得る非エッチング
種とにプラズマとして解離するガスが導入される減圧チ
ャンバを有するプラズマエッチング反応装置において、 前記エッチング種を掃去する材料を構成材料とする、前
記チャンバの内壁と、 前記内壁の温度を前記蒸着温度より高く維持する手段、
とを備える反応装置。 - 【請求項19】 前記温度維持手段が、 内壁近くの加熱エレメントと、 前記内壁の温度を蒸着温度より所定の差だけ高く維持す
るのに充分な電力を加熱エレメントに印加するための制
御手段、とを備える、請求項18記載の反応装置。 - 【請求項20】 前記反応装置内でプラズマが点火され
るときは常に、制御手段に停止信号を送る手段を備える
請求項19記載の反応装置。 - 【請求項21】 前記制御手段が、 前記内壁近くの部分の温度を感知するためのセンサー手
段と、 前記センサー手段により感知される温度と前記部分の所
定の温度との差に比例した充分な電力を決定する手段と
を備える、請求項19記載の反応装置。 - 【請求項22】 前記部分が、前記内壁に隣接した外面
である、請求項21記載の反応装置。 - 【請求項23】 前記エッチング種を掃去する材料を含
む、前記反応装置のチャンバの天井を備える物品と、 前記プラズマ中の前記非エッチング種と前記エッチング
種との所望含量比に対応した温度に前記物品の温度を維
持するための制御手段とを更に備える請求項19記載の
反応装置。 - 【請求項24】 前記プラズマにおける所望含量比が、
このプラズマ中のエッチング種による腐食に対してポリ
マーが抵抗性となる、前記ポリマー中の非エッチング種
の含量比に対応している、請求項23記載の反応装置。 - 【請求項25】 前記エッチング種がフッ素を含み、前
記非エッチング種が炭素を含み、前記ガスが炭素−フッ
素ガスを含む、請求項24記載の反応装置。 - 【請求項26】 内壁が石英を含み、前記掃去用物品が
シリコンを含む、請求項25記載の反応装置。 - 【請求項27】 前記反応装置が、この反応装置のチャ
ンバを囲む円筒螺旋形のRFアンテナを有する誘導結合
反応装置を備え、前記内壁が前記アンテナを支える円筒
形の石英製側壁を備える、請求項18記載の反応装置。 - 【請求項28】 前記加熱エレメントが、前記円筒形の
石英製側壁に隣接してそれを囲む環状電熱線を備える、
請求項27記載の反応装置。 - 【請求項29】 前記内壁の温度を維持する手段が更
に、 天井の上に重なる冷却エレメントと、 前記内壁と前記冷却エレメントとの間の、プラズマから
前記内壁への熱流量より多い第一の熱流量を有する冷却
用熱経路と、 前記内壁と加熱エレメントとの間の、前記第一熱流量よ
り多い熱流量を有する加熱用熱経路とを備える、請求項
23記載の反応装置。 - 【請求項30】 冷却用熱経路中に第一の耐熱性エレメ
ントを更に備える請求項29記載の反応装置。 - 【請求項31】 前記第一の耐熱性エレメントがポリア
ミド系材料を含む、請求項30記載の反応装置。 - 【請求項32】 前記加熱用熱経路中に別の耐熱エレメ
ントを更に備える請求項30記載の反応装置。 - 【請求項33】 前記他の耐熱性エレメントが薄い空隙
を備える、請求項32記載の反応装置。 - 【請求項34】 前記物品の温度を制御する手段が、 前記物品と前記冷却エレメントとの間の、前記プラズマ
から前記物品への熱流量より多い熱流量を有する物品冷
却用熱経路と、 前記物品冷却用経路の熱流量より多い熱流量を有する、
前記物品への物品加熱用熱経路を有する物品加熱エレメ
ント、とを備える、請求項32記載の反応装置。 - 【請求項35】 前記物品加熱用熱経路中に熱流耐性エ
レメントを更に備える請求項34記載の反応装置。 - 【請求項36】 前記製品加熱用経路中の熱流耐性エレ
メントが薄い空隙を備える、請求項35記載の反応装
置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/138,060 US5477975A (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Plasma etch apparatus with heated scavenging surfaces |
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JP3426040B2 JP3426040B2 (ja) | 2003-07-14 |
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