JPH0851101A - プラズマ処理システムにおけるアークの抑制 - Google Patents
プラズマ処理システムにおけるアークの抑制Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２次プラズマを発生させない反応性イオンエ
ッチングシステムを提供する。 【構成】 反応性イオンエッチングないし磁気励起反応
性イオンエッチングシステムは、カソード支持構造体
と、カソードの周囲に配置される遮蔽構造体と、カソー
ドと遮蔽構造体との間に配置される絶縁体と、絶縁体の
上端面に組み合うクランピングリングとを有する。絶縁
材は、外側に向かって遮蔽構造体とクランピングリング
との間に伸びる略円筒形のフランジを有する。クランピ
ングリングと絶縁体の上端面とのギャップは、２０／１
０００（約０．５０８ｍｍ）以下に制御されて、遮蔽構
造体とカソードとの間のＲＦ結合通路を制限する。更
に、フランジは遮蔽構造体とカソードとの間のプラズマ
伝導通路を遮蔽する作用を有する。遮蔽構造体とカソー
ドとのプラズマ伝導を防止することにより、本発明に従
った反応性イオンエッチングシステムでは、アーク発生
や２次プラズマの発生がなく、高圧、高電力での操作が
可能になる。
ッチングシステムを提供する。 【構成】 反応性イオンエッチングないし磁気励起反応
性イオンエッチングシステムは、カソード支持構造体
と、カソードの周囲に配置される遮蔽構造体と、カソー
ドと遮蔽構造体との間に配置される絶縁体と、絶縁体の
上端面に組み合うクランピングリングとを有する。絶縁
材は、外側に向かって遮蔽構造体とクランピングリング
との間に伸びる略円筒形のフランジを有する。クランピ
ングリングと絶縁体の上端面とのギャップは、２０／１
０００（約０．５０８ｍｍ）以下に制御されて、遮蔽構
造体とカソードとの間のＲＦ結合通路を制限する。更
に、フランジは遮蔽構造体とカソードとの間のプラズマ
伝導通路を遮蔽する作用を有する。遮蔽構造体とカソー
ドとのプラズマ伝導を防止することにより、本発明に従
った反応性イオンエッチングシステムでは、アーク発生
や２次プラズマの発生がなく、高圧、高電力での操作が
可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを基礎とする
処理システムに関し、特にこのシステムにおけるアーク
発生の低減に関する。
処理システムに関し、特にこのシステムにおけるアーク
発生の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年における半導体デバイスの形成に
は、エッチング操作がよく用いられる。代表的には、半
導体基板上に薄膜層を堆積し、この薄膜層の上にフォト
レジストマスクを形成し、次いでエッチングのステップ
においてフォトレジストマスクに露出したままの材料を
除去することにより、デバイス構造内の層が形成され
る。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術のもつ様々
な特性は、他の幾多エッチング技術に比べれば、近年の
デバイス処理の厳しい要求に対して、より良く適合す
る。反応性イオンエッチングで得られる方向選択性は高
いレベルであるため、これを用いれば、形成されるデバ
イス構造の密度を更に高くすることが可能となる。更
に、ＲＩＥは比較的低い温度でなされるため、このプロ
セスステップは後の方に行われるデバイス処理のステッ
プと相い容れる。
は、エッチング操作がよく用いられる。代表的には、半
導体基板上に薄膜層を堆積し、この薄膜層の上にフォト
レジストマスクを形成し、次いでエッチングのステップ
においてフォトレジストマスクに露出したままの材料を
除去することにより、デバイス構造内の層が形成され
る。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術のもつ様々
な特性は、他の幾多エッチング技術に比べれば、近年の
デバイス処理の厳しい要求に対して、より良く適合す
る。反応性イオンエッチングで得られる方向選択性は高
いレベルであるため、これを用いれば、形成されるデバ
イス構造の密度を更に高くすることが可能となる。更
に、ＲＩＥは比較的低い温度でなされるため、このプロ
セスステップは後の方に行われるデバイス処理のステッ
プと相い容れる。
【０００３】フォトレジストマスクの形成のプロセスと
その後の材料を除去するプロセスは、半導体デバイスの
形成では何度も繰り返される。従って、エッチングプロ
セスは、プロセスの収率のみならず半導体デバイスの製
造に要する処理時間に多大に影響する。近年では、半導
体デバイスの形成に用いられる幾多の処理のステップに
関して、プロセスのスループットを増加させるために、
エッチングのステップに要する時間を縮小する必要性が
ある。同様に、エッチングプロセスの信頼性と予期性と
を向上させる必要性がある。
その後の材料を除去するプロセスは、半導体デバイスの
形成では何度も繰り返される。従って、エッチングプロ
セスは、プロセスの収率のみならず半導体デバイスの製
造に要する処理時間に多大に影響する。近年では、半導
体デバイスの形成に用いられる幾多の処理のステップに
関して、プロセスのスループットを増加させるために、
エッチングのステップに要する時間を縮小する必要性が
ある。同様に、エッチングプロセスの信頼性と予期性と
を向上させる必要性がある。
【０００４】反応性イオンエッチング及びこれに関連し
た磁気励起反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）は、
物理的な衝突現象、化学的エッチング及び化学的堆積に
よって、フォトレジストマスクで保護されていない薄膜
層の部分を除去する。これらの反応性イオンエッチング
では、エッチング基板の上方で発生するプラズマからの
化学エッチャントが、エッチングされるべき物質の表面
に移動してこの表面に吸収される。イオンが衝突するこ
とで更にエネルギーが与えられて、吸収されたエッチャ
ント種のエネルギー準位を更に高め、表面の反応を促進
する。典型的には、フォトレジストマスクの表面よりも
薄膜層表面の露出された部分の方を優先的にエッチング
するように、化学エッチャントは選ばれる。反応済みの
物質は、通常は揮発性であり、真空排気ラインを介して
デバイスの表面から除去される。ＲＩＥシステム又はＭ
ＥＲＩＥシステムには、通常は、誘導結合プラズマを発
生させるために、単一の、ＲＦが印加されるカソードが
用いられる。従って、トップリッド(top lid) を含めた
エッチングシステムの壁面は、通常は、このシステムに
接地されて、ＲＦ電場の範囲とプラズマが発生される範
囲を規定する。
た磁気励起反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）は、
物理的な衝突現象、化学的エッチング及び化学的堆積に
よって、フォトレジストマスクで保護されていない薄膜
層の部分を除去する。これらの反応性イオンエッチング
では、エッチング基板の上方で発生するプラズマからの
化学エッチャントが、エッチングされるべき物質の表面
に移動してこの表面に吸収される。イオンが衝突するこ
とで更にエネルギーが与えられて、吸収されたエッチャ
ント種のエネルギー準位を更に高め、表面の反応を促進
する。典型的には、フォトレジストマスクの表面よりも
薄膜層表面の露出された部分の方を優先的にエッチング
するように、化学エッチャントは選ばれる。反応済みの
物質は、通常は揮発性であり、真空排気ラインを介して
デバイスの表面から除去される。ＲＩＥシステム又はＭ
ＥＲＩＥシステムには、通常は、誘導結合プラズマを発
生させるために、単一の、ＲＦが印加されるカソードが
用いられる。従って、トップリッド(top lid) を含めた
エッチングシステムの壁面は、通常は、このシステムに
接地されて、ＲＦ電場の範囲とプラズマが発生される範
囲を規定する。
【０００５】反応性イオンエッチング環境の最適化は、
通常は、エッチングチャンバ内の操作圧力を最適化する
操作を含む。塩素の化学作用（例えば、Ｃｌ2 に基づく
等）炭化弗素の化学作用又は、他の同様の化学作用をエ
ッチングシステムに用いる場合は、物理的衝突と化学的
エッチングとの良好なバランスを得るためには、比較的
高い圧力（約１００ミリトール(milliTorr) 〜約２５０
ミリトール）で操作することが望ましい。ＳＦ6 やＮＦ
3 等の化学的に強いエッチャントが用いられる場合は、
低い圧力で操作することが望ましい。操作圧力がより高
くなれば、プラズマ内のエッチャントの密度とエッチン
グ基板の表面へのエッチャント移動速度とが高められ
る。いろいろな状況においても、操作圧力が高くなれ
ば、フォトレジストマスクとエッチングされるべき物質
との選択性が改善されるだろう。操作圧力が高くなれ
ば、これに応じてＲＦ電力の入力が高くなり、適切なＤ
Ｃバイアスを維持して良好なエッチングのプロファイル
が得られる。また、ＲＩＥシステムとＭＥＲＩＥシステ
ムは、高い操作圧力においても、高い安定性を示し、エ
ッチング残留物を低減する。
通常は、エッチングチャンバ内の操作圧力を最適化する
操作を含む。塩素の化学作用（例えば、Ｃｌ2 に基づく
等）炭化弗素の化学作用又は、他の同様の化学作用をエ
ッチングシステムに用いる場合は、物理的衝突と化学的
エッチングとの良好なバランスを得るためには、比較的
高い圧力（約１００ミリトール(milliTorr) 〜約２５０
ミリトール）で操作することが望ましい。ＳＦ6 やＮＦ
3 等の化学的に強いエッチャントが用いられる場合は、
低い圧力で操作することが望ましい。操作圧力がより高
くなれば、プラズマ内のエッチャントの密度とエッチン
グ基板の表面へのエッチャント移動速度とが高められ
る。いろいろな状況においても、操作圧力が高くなれ
ば、フォトレジストマスクとエッチングされるべき物質
との選択性が改善されるだろう。操作圧力が高くなれ
ば、これに応じてＲＦ電力の入力が高くなり、適切なＤ
Ｃバイアスを維持して良好なエッチングのプロファイル
が得られる。また、ＲＩＥシステムとＭＥＲＩＥシステ
ムは、高い操作圧力においても、高い安定性を示し、エ
ッチング残留物を低減する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】反応性イオンエッチン
グシステムにＲＦ電力を供給するために用いられるカソ
ードの構造には、代表的には２つのタイプがある。「絶
縁カソード」(insulatedcathode )構造体は、チャンバ
壁面から主に絶縁材で隔てられたカソードを用いる。こ
のカソード構造体は単純で比較的信頼性が高いものの、
カソードに入力するＲＦ電力は真空を介してチャンバ壁
面と結合し、不用な２次プラズマを発生させる。第２の
タイプのカソード構造体は、カソードとエッチングシス
テムの壁面との間に遮蔽構造体を置く。この「遮蔽カソ
ード」(shielded cathode)デザインの典型的な実施態様
では、シールド、典型的には接地されたシリンダーの形
態のシールドが、カソードの周囲に置かれる。接地され
たシールドは、カソードとエッチングチャンバの壁面と
の間に２次プラズマが発生するのを防止する。しかし、
状況によってはＲＦが印加されたカソードと接地された
シールドとの間にアークが発生することがある。特に、
操作圧力が高く且つＲＦ入力の電力が高ければ、しばし
ばアークが発生するが、その理由はおそらく印加された
カソードと接地されたシールドとの間の短い距離で高い
電位差があるためである。高い圧力と高い入力電力とに
関連した薄いプラズマシースは、ＲＦ印加カソードと接
地シールドとの間の狭い空間におそらく２次プラズマを
発生させるだろう。
グシステムにＲＦ電力を供給するために用いられるカソ
ードの構造には、代表的には２つのタイプがある。「絶
縁カソード」(insulatedcathode )構造体は、チャンバ
壁面から主に絶縁材で隔てられたカソードを用いる。こ
のカソード構造体は単純で比較的信頼性が高いものの、
カソードに入力するＲＦ電力は真空を介してチャンバ壁
面と結合し、不用な２次プラズマを発生させる。第２の
タイプのカソード構造体は、カソードとエッチングシス
テムの壁面との間に遮蔽構造体を置く。この「遮蔽カソ
ード」(shielded cathode)デザインの典型的な実施態様
では、シールド、典型的には接地されたシリンダーの形
態のシールドが、カソードの周囲に置かれる。接地され
たシールドは、カソードとエッチングチャンバの壁面と
の間に２次プラズマが発生するのを防止する。しかし、
状況によってはＲＦが印加されたカソードと接地された
シールドとの間にアークが発生することがある。特に、
操作圧力が高く且つＲＦ入力の電力が高ければ、しばし
ばアークが発生するが、その理由はおそらく印加された
カソードと接地されたシールドとの間の短い距離で高い
電位差があるためである。高い圧力と高い入力電力とに
関連した薄いプラズマシースは、ＲＦ印加カソードと接
地シールドとの間の狭い空間におそらく２次プラズマを
発生させるだろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例の
１つは、プラズマを励起可能なカソードを含むエッチン
グシステムである。電場を維持するカソードとは別の遮
蔽構造体は、カソードの少なくとも一部に隣接してその
周囲に配置される。絶縁構造体は、カソードとシールド
との間に配置される。絶縁構造体内部のいかなるギャッ
プ又は、カソードとシールドとの間のガス流通路(gas c
onduction path )を画成する絶縁構造体とカソード若し
くはシールドとの間のいかなるギャップも、ガス流通路
の少なくとも一部を、２次プラズマの発生を可能にする
敷居厚さよりも小さく制限する。
１つは、プラズマを励起可能なカソードを含むエッチン
グシステムである。電場を維持するカソードとは別の遮
蔽構造体は、カソードの少なくとも一部に隣接してその
周囲に配置される。絶縁構造体は、カソードとシールド
との間に配置される。絶縁構造体内部のいかなるギャッ
プ又は、カソードとシールドとの間のガス流通路(gas c
onduction path )を画成する絶縁構造体とカソード若し
くはシールドとの間のいかなるギャップも、ガス流通路
の少なくとも一部を、２次プラズマの発生を可能にする
敷居厚さよりも小さく制限する。
【０００８】本発明にしたがった反応性イオンエッチン
グの他の好適な実施例は、プラズマを励起可能な高周波
電力ソースに結合されるカソードを含む。遮蔽構造体
は、カソードの少なくとも一部に隣接して配置され、こ
の遮蔽構造体はカソードとは別の電位で維持される。絶
縁構造体の端面がカソードの表面又は遮蔽構造体の端面
のいずれかを越えて伸びるように、絶縁構造体はカソー
ドと遮蔽構造体との間に配置される。絶縁構造体の端面
は、自身の上に配置されるキャップを有し、このキャッ
プは遮蔽構造体とカソードとの間のガス流通路の少なく
とも一部を画成する。フランジが絶縁構造体から伸び
て、ガス流通路を遮断する。
グの他の好適な実施例は、プラズマを励起可能な高周波
電力ソースに結合されるカソードを含む。遮蔽構造体
は、カソードの少なくとも一部に隣接して配置され、こ
の遮蔽構造体はカソードとは別の電位で維持される。絶
縁構造体の端面がカソードの表面又は遮蔽構造体の端面
のいずれかを越えて伸びるように、絶縁構造体はカソー
ドと遮蔽構造体との間に配置される。絶縁構造体の端面
は、自身の上に配置されるキャップを有し、このキャッ
プは遮蔽構造体とカソードとの間のガス流通路の少なく
とも一部を画成する。フランジが絶縁構造体から伸び
て、ガス流通路を遮断する。
【０００９】本発明に従った他の好適な実施例では、カ
ソードはプラズマを励起可能な高周波電力ソースに結合
される。遮蔽構造体はカソードの少なくとも一部に隣接
して配置され、この遮蔽構造体はカソードとは別の電位
で維持される。絶縁構造体の端面がカソードの表面又は
遮蔽構造体の端面のいずれかを越えて伸びるように、絶
縁構造体はカソードと遮蔽構造体との間に配置される。
キャップ構造体はカソードの端面に隣接して配置され、
１５０ミリトールを越える操作圧力で前記ギャップ内に
２次プラズマが発生しないような充分に薄いギャップを
もって、キャップ構造体が絶縁構造体と隔てられる。こ
の好適な実施例の更なる特徴は、１０００分の２０イン
チ（約０．５０８ミリ）以下のギャップが、キャップ構
造体を絶縁構造体の端面から隔てる。
ソードはプラズマを励起可能な高周波電力ソースに結合
される。遮蔽構造体はカソードの少なくとも一部に隣接
して配置され、この遮蔽構造体はカソードとは別の電位
で維持される。絶縁構造体の端面がカソードの表面又は
遮蔽構造体の端面のいずれかを越えて伸びるように、絶
縁構造体はカソードと遮蔽構造体との間に配置される。
キャップ構造体はカソードの端面に隣接して配置され、
１５０ミリトールを越える操作圧力で前記ギャップ内に
２次プラズマが発生しないような充分に薄いギャップを
もって、キャップ構造体が絶縁構造体と隔てられる。こ
の好適な実施例の更なる特徴は、１０００分の２０イン
チ（約０．５０８ミリ）以下のギャップが、キャップ構
造体を絶縁構造体の端面から隔てる。
【００１０】本発明に従ったまた別の好適な実施例で
は、カソードはプラズマを励起可能な高周波電力ソース
に結合される。遮蔽構造体はカソードの少なくとも一部
に隣接して配置され、この遮蔽構造体はカソードとは別
の電位で維持される。絶縁構造体の端面がカソードの表
面又は遮蔽構造体の端面のいずれかを越えて伸びるよう
に、絶縁構造体はカソードと遮蔽構造体との間に配置さ
れる。エッチングシステムは、１５０ミリトール以上の
操作圧力においてカソードと遮蔽構造体との間のプラズ
マの伝導を制限する。
は、カソードはプラズマを励起可能な高周波電力ソース
に結合される。遮蔽構造体はカソードの少なくとも一部
に隣接して配置され、この遮蔽構造体はカソードとは別
の電位で維持される。絶縁構造体の端面がカソードの表
面又は遮蔽構造体の端面のいずれかを越えて伸びるよう
に、絶縁構造体はカソードと遮蔽構造体との間に配置さ
れる。エッチングシステムは、１５０ミリトール以上の
操作圧力においてカソードと遮蔽構造体との間のプラズ
マの伝導を制限する。
【００１１】
【実施例】本発明は一般的には反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）システムと磁気励起反応性イオンエッチング
（ＭＥＲＩＥ）システムに関する。簡便のため、ここで
はこれらを総括して単に反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）システムと称することにする。操作の安定性を高
め、エッチング速度を向上し、選択性を向上し、残留物
のレベルを低減するために望ましい高い操作圧力を維持
することは、従来技術のＲＩＥシステムでは典型的には
不可能である。本発明者は、従来技術のＲＩＥシステム
の遮蔽されたカソードの配置における電気的な絶縁破壊
の主要なメカニズムと考えられるものを特定した。おそ
らく、通常の動作中に機械的な接合が大変ゆるくなっ
て、システム内のカソードと接地遮蔽構造体との間にイ
オン化したガスが流れることができるようになってい
る。電気を通じさせるためイオン化したガス（即ち、プ
ラズマ）が移動するべき通路を延長又は制限することに
より、このメカニズムで絶縁破壊が生じる可能性が大き
く減少し、遮蔽カソードＲＩＥシステムにおいてより高
い圧力を可能にする。本発明の好適な実施例では、プラ
ズマ伝導通路は絶縁フランジを伸ばすことで遮断され
て、カソードと遮蔽構造体との間にあったプラズマの流
れの通常の伝導通路を変える。本発明の別の好適な実施
例では、絶縁構造体と、エッチング基板を適所に保持す
るためのクランピングリング構造体との間のギャップの
サイズを小さくすることにより、プラズマ伝導通路が制
限される。この機械的な接合部分の機械加工の公差を実
質的に改善すれば、充分なプラズマ伝導通路が形成され
てアークが発生する可能性は、大きく低減される。
（ＲＩＥ）システムと磁気励起反応性イオンエッチング
（ＭＥＲＩＥ）システムに関する。簡便のため、ここで
はこれらを総括して単に反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）システムと称することにする。操作の安定性を高
め、エッチング速度を向上し、選択性を向上し、残留物
のレベルを低減するために望ましい高い操作圧力を維持
することは、従来技術のＲＩＥシステムでは典型的には
不可能である。本発明者は、従来技術のＲＩＥシステム
の遮蔽されたカソードの配置における電気的な絶縁破壊
の主要なメカニズムと考えられるものを特定した。おそ
らく、通常の動作中に機械的な接合が大変ゆるくなっ
て、システム内のカソードと接地遮蔽構造体との間にイ
オン化したガスが流れることができるようになってい
る。電気を通じさせるためイオン化したガス（即ち、プ
ラズマ）が移動するべき通路を延長又は制限することに
より、このメカニズムで絶縁破壊が生じる可能性が大き
く減少し、遮蔽カソードＲＩＥシステムにおいてより高
い圧力を可能にする。本発明の好適な実施例では、プラ
ズマ伝導通路は絶縁フランジを伸ばすことで遮断され
て、カソードと遮蔽構造体との間にあったプラズマの流
れの通常の伝導通路を変える。本発明の別の好適な実施
例では、絶縁構造体と、エッチング基板を適所に保持す
るためのクランピングリング構造体との間のギャップの
サイズを小さくすることにより、プラズマ伝導通路が制
限される。この機械的な接合部分の機械加工の公差を実
質的に改善すれば、充分なプラズマ伝導通路が形成され
てアークが発生する可能性は、大きく低減される。
【００１２】図１は、従来技術のＲＩＥシステムの断面
図である。ここに例示されるエッチングシステムは、支
持構造体１２上に配置されるエッチング基板１０を有す
る。多くの場合、エッチング基板１０は、処理の中間段
階にある半導体ウエハである。エッチング基板は、好ま
しくは支持構造体１２に関して一時的且つ厳密な方法で
配置される。例えば、支持構造体は静電チャックであっ
てもよく、この静電チャックは、誘電的なエッチング基
板と静電チャック内に生じた電荷との間の大きな静電引
力を誘導することにより、エッチング基板を適所に保持
する。又は、エッチング基板は図１に例示されるクラン
ピングリング１４により適所に保持されてもよい。
図である。ここに例示されるエッチングシステムは、支
持構造体１２上に配置されるエッチング基板１０を有す
る。多くの場合、エッチング基板１０は、処理の中間段
階にある半導体ウエハである。エッチング基板は、好ま
しくは支持構造体１２に関して一時的且つ厳密な方法で
配置される。例えば、支持構造体は静電チャックであっ
てもよく、この静電チャックは、誘電的なエッチング基
板と静電チャック内に生じた電荷との間の大きな静電引
力を誘導することにより、エッチング基板を適所に保持
する。又は、エッチング基板は図１に例示されるクラン
ピングリング１４により適所に保持されてもよい。
【００１３】エッチング操作の間、支持構造体１２は好
ましくはエッチングシステムのカソードとして作用す
る。一般には、このシステムのアノードは、本質的にこ
のエッチングチャンバの上面１６（即ち、リッド）であ
るが、エッチングチャンバの壁面１７もまたこのシステ
ムのアノードとして作用する。エッチングチャンバのリ
ッド１６及び壁面１７の双方とも、好ましくは接地され
る。動作させるためには、ＢＣｌ3 、Ｃｌ2 、ＨＢｒ、
ＳＦ6 、Ｃ2 Ｆ6 又はＣＦ4 等のガス分子が、カソード
１２とエッチングチャンバのリッド１６との間に導入さ
れる。ＲＦ電力がカソード１２に印加され、ＲＦ電力が
ガス分子に誘導的に結合してこれを励起し、部分的に又
は完全にガスをイオン化してプラズマを発生させる。イ
オン化して、エッチング基板１０の表面から所望の物質
をエッチングするに適したエッチャント種を生成するよ
うに、ガス分子は選択される。カソード１２の表面積と
エッチングチャンバリッド１６及び壁面１７（総称的に
はシステムアノード）の表面積との差は、エッチングシ
ステムのＲＦ回路が非対称であることを意味する。
ましくはエッチングシステムのカソードとして作用す
る。一般には、このシステムのアノードは、本質的にこ
のエッチングチャンバの上面１６（即ち、リッド）であ
るが、エッチングチャンバの壁面１７もまたこのシステ
ムのアノードとして作用する。エッチングチャンバのリ
ッド１６及び壁面１７の双方とも、好ましくは接地され
る。動作させるためには、ＢＣｌ3 、Ｃｌ2 、ＨＢｒ、
ＳＦ6 、Ｃ2 Ｆ6 又はＣＦ4 等のガス分子が、カソード
１２とエッチングチャンバのリッド１６との間に導入さ
れる。ＲＦ電力がカソード１２に印加され、ＲＦ電力が
ガス分子に誘導的に結合してこれを励起し、部分的に又
は完全にガスをイオン化してプラズマを発生させる。イ
オン化して、エッチング基板１０の表面から所望の物質
をエッチングするに適したエッチャント種を生成するよ
うに、ガス分子は選択される。カソード１２の表面積と
エッチングチャンバリッド１６及び壁面１７（総称的に
はシステムアノード）の表面積との差は、エッチングシ
ステムのＲＦ回路が非対称であることを意味する。
【００１４】従って、カソードにＲＦ電力が印加されれ
ば、ＤＣバイアスがカソードに誘導されるだろう。この
誘導されたＤＣバイアスは、典型的には負であり、正イ
オンをエッチング基板の方向へ加速する傾向を有する。
また、更に別のＤＣ場を印加してイオン化したエッチャ
ントガスをエッチング基板１０の方向へ更に加速しても
よい。誘導ＤＣ場と印加ＤＣ場は、エッチング基板１０
の表面へのエッチャントの移動が増加する事、並びに、
エッチング基板の表面に到達するエッチャント分子の反
応エネルギーを高める事により、エッチング速度を向上
させる。
ば、ＤＣバイアスがカソードに誘導されるだろう。この
誘導されたＤＣバイアスは、典型的には負であり、正イ
オンをエッチング基板の方向へ加速する傾向を有する。
また、更に別のＤＣ場を印加してイオン化したエッチャ
ントガスをエッチング基板１０の方向へ更に加速しても
よい。誘導ＤＣ場と印加ＤＣ場は、エッチング基板１０
の表面へのエッチャントの移動が増加する事、並びに、
エッチング基板の表面に到達するエッチャント分子の反
応エネルギーを高める事により、エッチング速度を向上
させる。
【００１５】エッチング速度の向上には、プラズマ密度
が高い事とイオン化レベルが高い事とが望ましい。高い
密度のプラズマと高いイオン化レベルとを作りだすに
は、入力電力のレベルが非常に高い事が必要である。実
際の方法としては、エッチングのためのプラズマは、プ
ロセスチャンバの井戸状に画成された領域内に含まれて
いる必要がある。プラズマが適正に含まれていなかった
場合は、プラズマの励起に用いられる高電力のＲＦ発生
機を用いたとしても、プラズマを維持するに充分な電力
密度が得られないだろう。安定したプラズマの形成を容
易にするため、プラズマを発生させることに用いられる
電場をプラズマと共に含む処理環境内において、いくつ
かの手段がとられた。しばしば、エッチングチャンバの
リッド１６及び支持構造体１２は近接して並べられ、プ
ラズマガスが他の方法で物理的に制限されてもよい。例
えば、リング８がクランピングリング１４から伸びて、
エッチング機板に隣接した領域の内部にプラズマガスを
部分的に制限してもよい。
が高い事とイオン化レベルが高い事とが望ましい。高い
密度のプラズマと高いイオン化レベルとを作りだすに
は、入力電力のレベルが非常に高い事が必要である。実
際の方法としては、エッチングのためのプラズマは、プ
ロセスチャンバの井戸状に画成された領域内に含まれて
いる必要がある。プラズマが適正に含まれていなかった
場合は、プラズマの励起に用いられる高電力のＲＦ発生
機を用いたとしても、プラズマを維持するに充分な電力
密度が得られないだろう。安定したプラズマの形成を容
易にするため、プラズマを発生させることに用いられる
電場をプラズマと共に含む処理環境内において、いくつ
かの手段がとられた。しばしば、エッチングチャンバの
リッド１６及び支持構造体１２は近接して並べられ、プ
ラズマガスが他の方法で物理的に制限されてもよい。例
えば、リング８がクランピングリング１４から伸びて、
エッチング機板に隣接した領域の内部にプラズマガスを
部分的に制限してもよい。
【００１６】遮蔽カソードＲＩＥシステムでは、プラズ
マ発生に用いられるＲＦ電場を封じ込めて、エッチング
プラズマの形成に寄与しない方法で電力の消失を防止す
る。この封じ込めの例が図１に例示される。遮蔽構造体
１８はカソード支持構造体１２の周囲に配置されて、Ｒ
Ｆ推進の場を封じ込める遮蔽構造体１８は、典型的には
カソード支持構造体１２のできるだけ近くに配置され、
通常は大地電位に維持される。従って、遮蔽構造体１８
もある範囲で反応性イオンエッチングシステムのアノー
ドとして作用する。遮蔽構造体１８がカソード支持構造
体１２と非常に接近していることは、プラズマからのイ
オン化ガスの存在とあいまって、適当な手段が取られな
いようであれば、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体
１２の間に電気的伝導が生じる。この電気的伝導は効果
的な短絡回路であり、入力ＲＦ電力が引き込まれてプラ
ズマが消失してしまう。
マ発生に用いられるＲＦ電場を封じ込めて、エッチング
プラズマの形成に寄与しない方法で電力の消失を防止す
る。この封じ込めの例が図１に例示される。遮蔽構造体
１８はカソード支持構造体１２の周囲に配置されて、Ｒ
Ｆ推進の場を封じ込める遮蔽構造体１８は、典型的には
カソード支持構造体１２のできるだけ近くに配置され、
通常は大地電位に維持される。従って、遮蔽構造体１８
もある範囲で反応性イオンエッチングシステムのアノー
ドとして作用する。遮蔽構造体１８がカソード支持構造
体１２と非常に接近していることは、プラズマからのイ
オン化ガスの存在とあいまって、適当な手段が取られな
いようであれば、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体
１２の間に電気的伝導が生じる。この電気的伝導は効果
的な短絡回路であり、入力ＲＦ電力が引き込まれてプラ
ズマが消失してしまう。
【００１７】遮蔽構造体１８とカソード支持構造体１２
との間の電気的伝導を防止するために、遮蔽構造体１８
とカソード支持構造体１２との間に誘電絶縁体２０が配
置される。しばしば、誘電絶縁体２０はクオーツで形成
され、その理由は、クオーツが耐久性、丈夫さ及び良好
な絶縁性を有するからである。また、アルミナ等のセラ
ミクスを始めとする他の誘電材料を用いてもよい。図１
に示される幾何的関係では、誘電絶縁体２０は円筒状又
は管状の形状を有する。遮蔽構造体１８とカソード支持
構造体１２との間に誘電絶縁体２０を与える事に加え
て、典型的には、誘電絶縁体２０の上に密着キャップが
用いられて、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体１２
との間を更に絶縁する。例えば、クランピングリング構
造体が用いられる場合、クランピングリング１４にはグ
ルーブが形成されてもよく、このグルーブは誘電絶縁体
２０の端面と組み合う長方形の断面を有する。図１に例
示される誘電絶縁体２０とクランピングリング１４との
間の接合の様子の詳細は、図２に示される。ここで、こ
こに説明される全ての図面で、同様の要素には同一の符
号を付す。
との間の電気的伝導を防止するために、遮蔽構造体１８
とカソード支持構造体１２との間に誘電絶縁体２０が配
置される。しばしば、誘電絶縁体２０はクオーツで形成
され、その理由は、クオーツが耐久性、丈夫さ及び良好
な絶縁性を有するからである。また、アルミナ等のセラ
ミクスを始めとする他の誘電材料を用いてもよい。図１
に示される幾何的関係では、誘電絶縁体２０は円筒状又
は管状の形状を有する。遮蔽構造体１８とカソード支持
構造体１２との間に誘電絶縁体２０を与える事に加え
て、典型的には、誘電絶縁体２０の上に密着キャップが
用いられて、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体１２
との間を更に絶縁する。例えば、クランピングリング構
造体が用いられる場合、クランピングリング１４にはグ
ルーブが形成されてもよく、このグルーブは誘電絶縁体
２０の端面と組み合う長方形の断面を有する。図１に例
示される誘電絶縁体２０とクランピングリング１４との
間の接合の様子の詳細は、図２に示される。ここで、こ
こに説明される全ての図面で、同様の要素には同一の符
号を付す。
【００１８】図２は、遮蔽構造体１８と、誘電絶縁体２
０と、カソード支持構造体１２と、クランピングリング
１４との間の接合の様子を例示する。長方形の断面をも
つチャンネル２がクランピングリング１４内に形成され
て、遮蔽構造体１８及びカソード１２の端面の上に伸び
る誘電絶縁体２０の端面を覆って納められる。チャンネ
ル２２は、誘電絶縁体２０の端面の周囲に納められるよ
うに設計される。クランピングリング１４を誘電絶縁体
２０のエンドキャップとして用いることで、遮蔽構造体
１８をカソード支持構造体から更に電気的に絶縁するこ
とに対して効果がある。しかし、クランピングリング１
４を誘電絶縁体２０へ組合わせる際の、チャンネル２２
と誘電絶縁体２０との間のギャップ２４は、一般的に
は、図１の幾何的関係の具体例においては、良好に制御
できていなかった。従って、典型的なギャップ２４は、
通常は４０／１０００〜６０／１０００インチ（約１．
０１６〜約１．５２４ｍｍ）附近であった。
０と、カソード支持構造体１２と、クランピングリング
１４との間の接合の様子を例示する。長方形の断面をも
つチャンネル２がクランピングリング１４内に形成され
て、遮蔽構造体１８及びカソード１２の端面の上に伸び
る誘電絶縁体２０の端面を覆って納められる。チャンネ
ル２２は、誘電絶縁体２０の端面の周囲に納められるよ
うに設計される。クランピングリング１４を誘電絶縁体
２０のエンドキャップとして用いることで、遮蔽構造体
１８をカソード支持構造体から更に電気的に絶縁するこ
とに対して効果がある。しかし、クランピングリング１
４を誘電絶縁体２０へ組合わせる際の、チャンネル２２
と誘電絶縁体２０との間のギャップ２４は、一般的に
は、図１の幾何的関係の具体例においては、良好に制御
できていなかった。従って、典型的なギャップ２４は、
通常は４０／１０００〜６０／１０００インチ（約１．
０１６〜約１．５２４ｍｍ）附近であった。
【００１９】カソード支持構造体１２を遮蔽構造体１８
から電気的に絶縁し、且つ、プラズマ場をエッチング操
作が行われる領域内部に封じ込めるための手段が取られ
ていても、既存の反応性イオンエッチングシステムで
は、高い圧力下で信頼性高く操作することができなかっ
た。例えば、約１５０ミリトールより高い圧力を用いれ
ば、反応性イオンエッチングシステムの既存の遮蔽カソ
ードの設計では、プラズマの不安定化とアークとが発生
する。表１は、図１で示される一般的な配置をもつＲＩ
Ｅシステムにおけるアーク発生の問題を例示する。この
表によれば、何種類かの操作圧力に対して入力ＲＦ電力
を数種変えた場合のカソードに誘導されるＤＣバイアス
（ボルト）のレベルが示される。入力ＲＦ電力と操作圧
力との各組合わせに対して、２又は３の試行が行われ
た。アーク発生を生じない典型的なＤＣバイアスは、−
３００Ｖ〜−５００Ｖの間である。５０秒間の実験時間
内にアーク発生が見られた試行に、陰影をつけて表し
た。
から電気的に絶縁し、且つ、プラズマ場をエッチング操
作が行われる領域内部に封じ込めるための手段が取られ
ていても、既存の反応性イオンエッチングシステムで
は、高い圧力下で信頼性高く操作することができなかっ
た。例えば、約１５０ミリトールより高い圧力を用いれ
ば、反応性イオンエッチングシステムの既存の遮蔽カソ
ードの設計では、プラズマの不安定化とアークとが発生
する。表１は、図１で示される一般的な配置をもつＲＩ
Ｅシステムにおけるアーク発生の問題を例示する。この
表によれば、何種類かの操作圧力に対して入力ＲＦ電力
を数種変えた場合のカソードに誘導されるＤＣバイアス
（ボルト）のレベルが示される。入力ＲＦ電力と操作圧
力との各組合わせに対して、２又は３の試行が行われ
た。アーク発生を生じない典型的なＤＣバイアスは、−
３００Ｖ〜−５００Ｖの間である。５０秒間の実験時間
内にアーク発生が見られた試行に、陰影をつけて表し
た。
【００２０】
【表１】
【００２１】今までの研究では、表１に示される性質を
改善することはできなかった。本発明者は、既存の遮蔽
カソード反応性イオンエッチングシステムにおいて、絶
縁破壊通路として最も一般的なものは何かを特定した。
この通路に沿った電気的な絶縁破壊の可能性を低減する
ことによって、本発明は、既存の反応性イオンエッチン
グシステムの欠点のいくつかを克服する。その結果、シ
ステムは非常に高い操作圧力においても安定な操作性を
達成し、また、これらの圧力において、既存の反応性イ
オンエッチングシステムで得られるよりも高い安定性を
達成した。
改善することはできなかった。本発明者は、既存の遮蔽
カソード反応性イオンエッチングシステムにおいて、絶
縁破壊通路として最も一般的なものは何かを特定した。
この通路に沿った電気的な絶縁破壊の可能性を低減する
ことによって、本発明は、既存の反応性イオンエッチン
グシステムの欠点のいくつかを克服する。その結果、シ
ステムは非常に高い操作圧力においても安定な操作性を
達成し、また、これらの圧力において、既存の反応性イ
オンエッチングシステムで得られるよりも高い安定性を
達成した。
【００２２】既存の遮蔽カソードエッチングシステムに
おいて、遮蔽構造体１８は、カソード支持構造体１２か
ら充分に絶縁されていないので、表１に示されるよう
に、アーク発生とプラズマの絶縁破壊が増大すること
を、本発明者は観測した。絶縁体構造体２０が存在し、
且つクランピングリング構造体１４が存在するにもかか
わらず、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体との間の
プラズマの伝導により、遮蔽カソードエッチングシステ
ム内で電気的絶縁破壊が生じることを、本発明者は確定
した。この伝導は、図２に示されるような、クランピン
グリングチャンネル２２と誘電絶縁体２０との間のギャ
ップ２４の内部にあるイオン化ガスの存在によって媒介
される。既存のＲＩＥシステムでは、チャンンル２２は
典型的には、ギャップ２４が４０／１０００〜６０／１
０００インチ（約１．０１６〜約１．５２４ｍｍ）の附
近で残るように機械加工される。ギャップ２４は反応性
イオンエッチングシステムの通常の動作中に、エッチン
グシステムの部品要素間の熱膨張に差があることによ
り、更に開いていてもよい。反応性イオンエッチングシ
ステムの通常の動作中に、エッチングシステムの部品要
素の全てがある範囲で加熱される。システムの各部品要
素間で、加熱と熱吸収が均一である必要はない。従っ
て、システムの別々の部品要素は、別々の温度に加熱さ
れていてもよい。別々の部品要素で温度が異なること
は、これら別々のシステム部品要素の熱膨張計数が異な
ることと共に、通常の動作の過程で緊密に組み合わされ
た機械的な接合を離してしまうだろう。従って、室温に
おいてチャンネル２２が誘電絶縁体２０の周囲にいかに
緊密にフィットしているかにかかわらず、通常の動作中
に、チャンネル２２と誘電絶縁体２０の端面との間でギ
ャップ２４は広がってしまうだろう。
おいて、遮蔽構造体１８は、カソード支持構造体１２か
ら充分に絶縁されていないので、表１に示されるよう
に、アーク発生とプラズマの絶縁破壊が増大すること
を、本発明者は観測した。絶縁体構造体２０が存在し、
且つクランピングリング構造体１４が存在するにもかか
わらず、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体との間の
プラズマの伝導により、遮蔽カソードエッチングシステ
ム内で電気的絶縁破壊が生じることを、本発明者は確定
した。この伝導は、図２に示されるような、クランピン
グリングチャンネル２２と誘電絶縁体２０との間のギャ
ップ２４の内部にあるイオン化ガスの存在によって媒介
される。既存のＲＩＥシステムでは、チャンンル２２は
典型的には、ギャップ２４が４０／１０００〜６０／１
０００インチ（約１．０１６〜約１．５２４ｍｍ）の附
近で残るように機械加工される。ギャップ２４は反応性
イオンエッチングシステムの通常の動作中に、エッチン
グシステムの部品要素間の熱膨張に差があることによ
り、更に開いていてもよい。反応性イオンエッチングシ
ステムの通常の動作中に、エッチングシステムの部品要
素の全てがある範囲で加熱される。システムの各部品要
素間で、加熱と熱吸収が均一である必要はない。従っ
て、システムの別々の部品要素は、別々の温度に加熱さ
れていてもよい。別々の部品要素で温度が異なること
は、これら別々のシステム部品要素の熱膨張計数が異な
ることと共に、通常の動作の過程で緊密に組み合わされ
た機械的な接合を離してしまうだろう。従って、室温に
おいてチャンネル２２が誘電絶縁体２０の周囲にいかに
緊密にフィットしているかにかかわらず、通常の動作中
に、チャンネル２２と誘電絶縁体２０の端面との間でギ
ャップ２４は広がってしまうだろう。
【００２３】機械加工の公差が大きいためにギャップが
大きくなるにせよ、熱膨張の差のためにせよ、このギャ
ップは、高い操作圧力及び高い入力電力において２次プ
ラズマの発生に必要な幅の敷居値(threshold )よりも大
きい。言い換えれば、操作圧力と電力とが増加すれば、
プラズマシースの厚さがギャップの中にはまり込むほど
充分に減少する。エッチングシステムの操作中に、ギャ
ップ２４が幅の敷居値よりも大きくなれば、遮蔽構造体
１８からカソード支持構造体１２へ伸びるギャップ２４
は、結果的には、シールドとカソードとの間に導電性を
維持するに充分なイオン化ガスが含有されるようになる
だろう。ギャップ２４内部に２次プラズマが発生すれ
ば、カソードとシールドとの間にアークが発生して電流
が流れ、１次プラズマから入力ＲＦ電力を流出させ、１
次プラズマを絶縁破壊させる。
大きくなるにせよ、熱膨張の差のためにせよ、このギャ
ップは、高い操作圧力及び高い入力電力において２次プ
ラズマの発生に必要な幅の敷居値(threshold )よりも大
きい。言い換えれば、操作圧力と電力とが増加すれば、
プラズマシースの厚さがギャップの中にはまり込むほど
充分に減少する。エッチングシステムの操作中に、ギャ
ップ２４が幅の敷居値よりも大きくなれば、遮蔽構造体
１８からカソード支持構造体１２へ伸びるギャップ２４
は、結果的には、シールドとカソードとの間に導電性を
維持するに充分なイオン化ガスが含有されるようになる
だろう。ギャップ２４内部に２次プラズマが発生すれ
ば、カソードとシールドとの間にアークが発生して電流
が流れ、１次プラズマから入力ＲＦ電力を流出させ、１
次プラズマを絶縁破壊させる。
【００２４】本発明は、遮蔽構造体１８とカソード支持
構造体１２との間の電気的伝導の可能性を低減すること
を目指す。本発明の好適な実施例は図３に示され、これ
は遮蔽構造体１８と、カソード支持構造体１２と、クラ
ンピングリング１４と、誘電絶縁体２６との間の接合部
分の拡大断面図である。典型的には、クランピングリン
グ１４と誘電絶縁体２６との間の接合部は、従来技術の
システムに比べてより高い公差で機械加工される事が好
ましい。ギャップ２４は、約１０／１０００〜２０／１
０００インチ（約０．２５４〜約０．５０８ｍｍ）内に
制御される。エッチングシステムの部品要素間で高い公
差を維持することにより、高い操作圧力及び高いＲＦ電
力の入力においても、ギャップ２４は２次プラズマ発生
を維持するに要する幅の敷居値よりも小さくできるだろ
う。
構造体１２との間の電気的伝導の可能性を低減すること
を目指す。本発明の好適な実施例は図３に示され、これ
は遮蔽構造体１８と、カソード支持構造体１２と、クラ
ンピングリング１４と、誘電絶縁体２６との間の接合部
分の拡大断面図である。典型的には、クランピングリン
グ１４と誘電絶縁体２６との間の接合部は、従来技術の
システムに比べてより高い公差で機械加工される事が好
ましい。ギャップ２４は、約１０／１０００〜２０／１
０００インチ（約０．２５４〜約０．５０８ｍｍ）内に
制御される。エッチングシステムの部品要素間で高い公
差を維持することにより、高い操作圧力及び高いＲＦ電
力の入力においても、ギャップ２４は２次プラズマ発生
を維持するに要する幅の敷居値よりも小さくできるだろ
う。
【００２５】本発明の好適な実施例によっては、クラン
ピングリング１４と遮蔽構造体１８との間の誘電絶縁体
２６からフランジ２８が伸びている。フランジ２８は、
遮蔽構造体からカソード支持構造体へのガス流通路を遮
断する効果を有する。ガス流通路を実質的にブロックす
るか、又は、イオン化ガスの密度が低く且つＲＦ電力の
レベルの低い領域を通るガス流通路の向きを変えるよう
に、フランジ２８が作用することにより、この遮断作用
が行われてもよい。プラズマ励起場は、このプラズマ励
起場から隔てられて配置されているクランピングリング
１４の外側端面に隣接した領域３０内にはほとんど存在
しないため、この領域３０内に２次プラズマが発生する
ことはないだろう。従って、フランジ２８がガス流通路
向きをこの領域３０内へと変えたならば、チャンネル２
２を通って流れるイオン化ガスは、領域３０内で弱めら
れて、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体１２との間
が電気的に伝導する可能性が著しく低減される。別の見
方によれば、フランジ２８は遮蔽構造体１８とカソード
支持構造体１２との間の流通路の長さを効果的に伸ば
し、遮蔽構造体１８とカソード１２との間の電気伝導の
インピーダンスを増加させる。
ピングリング１４と遮蔽構造体１８との間の誘電絶縁体
２６からフランジ２８が伸びている。フランジ２８は、
遮蔽構造体からカソード支持構造体へのガス流通路を遮
断する効果を有する。ガス流通路を実質的にブロックす
るか、又は、イオン化ガスの密度が低く且つＲＦ電力の
レベルの低い領域を通るガス流通路の向きを変えるよう
に、フランジ２８が作用することにより、この遮断作用
が行われてもよい。プラズマ励起場は、このプラズマ励
起場から隔てられて配置されているクランピングリング
１４の外側端面に隣接した領域３０内にはほとんど存在
しないため、この領域３０内に２次プラズマが発生する
ことはないだろう。従って、フランジ２８がガス流通路
向きをこの領域３０内へと変えたならば、チャンネル２
２を通って流れるイオン化ガスは、領域３０内で弱めら
れて、遮蔽構造体１８とカソード支持構造体１２との間
が電気的に伝導する可能性が著しく低減される。別の見
方によれば、フランジ２８は遮蔽構造体１８とカソード
支持構造体１２との間の流通路の長さを効果的に伸ば
し、遮蔽構造体１８とカソード１２との間の電気伝導の
インピーダンスを増加させる。
【００２６】図３には、クランピングリング１４の端面
と同じ高さになるように伸びるフランジが例示される
が、実際には、フランジ２８はクランピングリング１４
又は遮蔽構造体１８の外延を越えて伸びていてもよい。
フランジ２８の外延は、反応性イオンエッチングチャン
バ内の空いている空間に制限される。状況によっては、
ガス流通路が充分にブロックされているにせよ向きを変
えられているにせよ、フランジはクランピングリング１
４又は遮蔽構造体１８と同じ高さまで伸びている必要は
ない。図３は、フランジ２８が略長方形の断面を有する
本発明の好適な実施例を例示している。本発明を実施す
るには、他の形状も有用である。フランジ２８に用いら
れる特定の形状は、遮蔽構造体１８の端面の幾何形状と
クランピングリング１４の幾何形状にしばしば依存す
る。電極遮蔽体１８とカソード支持構造体１２との間の
ガス流通路の向きを変えるかブロックするために、フラ
ンジの形状が選ばれることが好ましい。
と同じ高さになるように伸びるフランジが例示される
が、実際には、フランジ２８はクランピングリング１４
又は遮蔽構造体１８の外延を越えて伸びていてもよい。
フランジ２８の外延は、反応性イオンエッチングチャン
バ内の空いている空間に制限される。状況によっては、
ガス流通路が充分にブロックされているにせよ向きを変
えられているにせよ、フランジはクランピングリング１
４又は遮蔽構造体１８と同じ高さまで伸びている必要は
ない。図３は、フランジ２８が略長方形の断面を有する
本発明の好適な実施例を例示している。本発明を実施す
るには、他の形状も有用である。フランジ２８に用いら
れる特定の形状は、遮蔽構造体１８の端面の幾何形状と
クランピングリング１４の幾何形状にしばしば依存す
る。電極遮蔽体１８とカソード支持構造体１２との間の
ガス流通路の向きを変えるかブロックするために、フラ
ンジの形状が選ばれることが好ましい。
【００２７】図４は、本発明の好適な実施例を例示す
る。ここでは、誘電絶縁体２６は好適には、フランじ２
８を有するクオーツシリンダーを備え、このフランジ２
８はクオーツシリンダーの表面から外側に向かって伸び
ている。フランジ２８は、クオーツシリンダーを機械加
工して形成されてもよく、又は、クオーツ加工の既知の
方法でフランジ構造体をクオーツの表面に「接合」する
ことにより形成されてもよい。その構造体の機能が、遮
蔽構造体１８とカソード支持構造体１２との間のガス流
通路を遮断するものであれば、フランジ以外の構造体を
用いてもよい。更に、本発明は、クランピングリング以
外の構造体が誘電絶縁体のキャップとして用いられる反
応性イオンエッチングシステム内で実施されてもよい。
る。ここでは、誘電絶縁体２６は好適には、フランじ２
８を有するクオーツシリンダーを備え、このフランジ２
８はクオーツシリンダーの表面から外側に向かって伸び
ている。フランジ２８は、クオーツシリンダーを機械加
工して形成されてもよく、又は、クオーツ加工の既知の
方法でフランジ構造体をクオーツの表面に「接合」する
ことにより形成されてもよい。その構造体の機能が、遮
蔽構造体１８とカソード支持構造体１２との間のガス流
通路を遮断するものであれば、フランジ以外の構造体を
用いてもよい。更に、本発明は、クランピングリング以
外の構造体が誘電絶縁体のキャップとして用いられる反
応性イオンエッチングシステム内で実施されてもよい。
【００２８】表２には、改善された性質が本発明に従っ
たＲＩＥシステムにより得られたことを例示する。表１
と同様に、何種類かの操作圧力に対して入力ＲＦ電力を
数種変えた場合のカソードに誘導されるＤＣバイアス
（ボルト）のレベルが示される。表２中の数字は、入力
ＲＦ電力と操作圧力との各組合わせにおいて３回の試行
の平均である。操作圧力と入力ＲＦ電力とのいずれの組
合わせのいずれの試行においても、アーク発生は見られ
なかった。
たＲＩＥシステムにより得られたことを例示する。表１
と同様に、何種類かの操作圧力に対して入力ＲＦ電力を
数種変えた場合のカソードに誘導されるＤＣバイアス
（ボルト）のレベルが示される。表２中の数字は、入力
ＲＦ電力と操作圧力との各組合わせにおいて３回の試行
の平均である。操作圧力と入力ＲＦ電力とのいずれの組
合わせのいずれの試行においても、アーク発生は見られ
なかった。
【００２９】
【表２】
【００３０】本発明に従って反応性イオンエッチングシ
ステムを改良することにより、プロセスチャンバ内にガ
ス圧力をより高く維持することが可能となる。図４に例
示されるような反応性イオンエッチングシステムを用い
た試験では、３００ミリトールの圧力下で広い範囲の入
力電力で安定した操作が行われたことを例証した。この
ことは、１５０ミリトール以下の圧力でしか安定した操
作を示さなかった図１に示されるシステムに対して顕著
な改良が行われたことを例証する。同様に、本発明によ
れば、更に高いプラズマ電力の入力とこれに伴いイオン
化ガスの密度の上昇下における反応性イオンエッチング
システムの操作を可能にする。例えば、図４に示される
システムは、９５０ワットに至るまでの入力電力と３０
０ミリトールの高さのガス圧力とにおける安定に操作さ
れることを例証する。これとは対照的に、図１に示され
る装置では、約６００ワットの入力電力で約１５０ミリ
トールの圧力下でしか安定な操作が示されなかった。こ
のような高い圧力及び高い電力での操作を得ることによ
り、本発明に従った反応性イオンエッチングシステム
は、高いエッチング速度、エッチング残留物の低減、良
好なフォトレジスト選択性及び全てにわたり安定なエッ
チングプロセスを達成することが可能となる。
ステムを改良することにより、プロセスチャンバ内にガ
ス圧力をより高く維持することが可能となる。図４に例
示されるような反応性イオンエッチングシステムを用い
た試験では、３００ミリトールの圧力下で広い範囲の入
力電力で安定した操作が行われたことを例証した。この
ことは、１５０ミリトール以下の圧力でしか安定した操
作を示さなかった図１に示されるシステムに対して顕著
な改良が行われたことを例証する。同様に、本発明によ
れば、更に高いプラズマ電力の入力とこれに伴いイオン
化ガスの密度の上昇下における反応性イオンエッチング
システムの操作を可能にする。例えば、図４に示される
システムは、９５０ワットに至るまでの入力電力と３０
０ミリトールの高さのガス圧力とにおける安定に操作さ
れることを例証する。これとは対照的に、図１に示され
る装置では、約６００ワットの入力電力で約１５０ミリ
トールの圧力下でしか安定な操作が示されなかった。こ
のような高い圧力及び高い電力での操作を得ることによ
り、本発明に従った反応性イオンエッチングシステム
は、高いエッチング速度、エッチング残留物の低減、良
好なフォトレジスト選択性及び全てにわたり安定なエッ
チングプロセスを達成することが可能となる。
【００３１】本発明は、特定の好適な実施例について説
明をしてきたが、この分野の従来技術に精通した者であ
れば、本発明の範囲から離れることなく他の変形が可能
であろう。更に、状況に応じてここに本質的に教示され
たものから離れることなく本発明を適用させるように変
形することもできるだろう。
明をしてきたが、この分野の従来技術に精通した者であ
れば、本発明の範囲から離れることなく他の変形が可能
であろう。更に、状況に応じてここに本質的に教示され
たものから離れることなく本発明を適用させるように変
形することもできるだろう。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＲＦが
印加されたカソードと接地されたシールドとの間のアー
クの発生を低減して、ＲＦ印加カソードと接地シールド
との間の狭い空間に２次プラズマが発生することを低減
する。
印加されたカソードと接地されたシールドとの間のアー
クの発生を低減して、ＲＦ印加カソードと接地シールド
との間の狭い空間に２次プラズマが発生することを低減
する。
【００３３】従って、本発明に従った反応性イオンエッ
チングシステムは、高いエッチング速度、エッチング残
留物の低減、良好なフォトレジスト選択性及び全てにわ
たり安定なエッチングプロセスを達成することが可能と
なる。
チングシステムは、高いエッチング速度、エッチング残
留物の低減、良好なフォトレジスト選択性及び全てにわ
たり安定なエッチングプロセスを達成することが可能と
なる。
【図１】従来技術の反応性イオンエッチングシステムの
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示される従来技術の反応性イオンエッチ
ングシステムの部分的詳細図である。
ングシステムの部分的詳細図である。
【図３】本発明に従った反応性イオンエッチングシステ
ムの部分的詳細図である。
ムの部分的詳細図である。
【図４】本発明に従った反応性イオンエッチングシステ
ムの断面図である。
ムの断面図である。
８…リング、１０…基板、１２…支持構造体、１４…ク
ランピングリング、１６…リッド、１７…壁面、１８…
遮蔽構造体、２０…誘電絶縁体、２２…チャンネル、２
４…ギャップ、２６…誘電絶縁体、２８…フランジ、３
０…領域
ランピングリング、１６…リッド、１７…壁面、１８…
遮蔽構造体、２０…誘電絶縁体、２２…チャンネル、２
４…ギャップ、２６…誘電絶縁体、２８…フランジ、３
０…領域
Claims (30)
- 【請求項１】 イオン化ガスを含有する制御された大気
圧よりも低い(subatmospferic)環境を与え、且つ高周波
電力ソースと共に用いられるエッチングシステムであっ
て、 該環境内で該高周波電力ソースと結合してプラズマを励
起するためのカソードと、 該カソードの少なくとも一部と隣接し且つこの周囲に配
置される遮蔽構造体であって、前記遮蔽構造体は前記カ
ソードの電位とは異なる電位に維持可能な前記遮蔽構造
体と、 前記カソードと前記遮蔽構造体との間に配置される絶縁
構造体と、を備え、前記絶縁構造体内部又は、前記絶縁
構造体と前記カソード若しくは前記遮蔽構造体との間の
ギャップであって、前記ギャップは前記カソードと前記
遮蔽構造体との間のガス流通路を画成し、並びに、前記
ギャップは、２次プラズマを発生せしめる敷居値厚さよ
りも小さい通路の少なくとも一部に制限されるエッチン
グシステム。 - 【請求項２】 前記カソードと前記遮蔽構造体との間の
前記絶縁構造体が外側に向かって、少なくとも前記遮蔽
構造体の外周にまで伸びる請求項１に記載のエッチング
システム。 - 【請求項３】 前記ギャップのいずれかの厚さが、前記
通路の少なくとも一部で約２０／１０００インチ（約
０．５０８ｍｍ）よりも小さく制限される請求項１に記
載のエッチングシステム。 - 【請求項４】 該環境が、約２５０ミリトール(milliTo
rr )よりも低い圧力に維持される請求項１に記載のエッ
チングシステム。 - 【請求項５】 該環境が、約１５０ミリトール〜約３０
０ミリトールの間の範囲の圧力に維持される請求項１に
記載のエッチングシステム。 - 【請求項６】 前記高周波電力ソースにより前記カソー
ドに入力される電力が６００ワットよりも高い請求項５
に記載のエッチングシステム。 - 【請求項７】 高周波電力ソースと、 前記高周波電力ソースに結合される前記カソードであっ
て、前記カソードは前記カソードに隣接した領域にプラ
ズマを発生させることができる前記カソードと、 前記カソードの隣接且つ周囲に配置される遮蔽構造体で
あって、前記遮蔽構造体は前記カソードの電位とは異な
る電位に維持される前記遮蔽構造体と、 前記カソードと前記遮蔽構造体との間に配置される絶縁
組み立て体であって、前記絶縁組み立て体は少なくとも
前記遮蔽構造体の外周に伸びる突起部を有する、前記絶
縁組み立て体とを備え、 前記絶縁組み立て体は、自身内部又は、前記絶縁組み立
て体と前記カソード若しくは前記遮蔽構造体との間に１
つ以上のギャップを画成し、前記１つ以上のギャップ
は、前記遮蔽構造体と前記カソードとの間にガス流通路
の少なくとも一部を備え、且つ、 前記絶縁組み立て体の前記突起部は前記ガス流通路を遮
断するエッチングシステム。 - 【請求項８】 前記ガス流通路の少なくとも一部の厚さ
が、前記ガス流通路の前記少なくとも一部の内部に２次
プラズマを発生せしめるに必要な敷居値厚さよりも小さ
い請求項７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項９】 前記ガス流通路の少なくとも一部の厚さ
が、約２０／１０００インチ（約０．５０８ｍｍ）より
も小さい請求項７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項１０】 前記絶縁組み立て体が、前記遮蔽構造
体と前記カソードとの間の前記ガス流通路をじ実質的に
ブロックする請求項７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項１１】 前記絶縁組み立て体が、前記ガス流通
路を、イオン化ガスを低い密度で含有する領域へと向き
を変える請求項７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項１２】 前記絶縁組み立て体が誘電材料の実質
的円筒体を備え、且つ、前記組み立て体の前記突起部が
略長方形の断面を有する請求項７に記載のエッチングシ
ステム。 - 【請求項１３】 前記絶縁組み立て体の前記突起部が、
前記カソードの周囲部及び前記遮蔽構造体の周囲部の双
方を越えて伸びる請求項１２に記載のエッチングシステ
ム。 - 【請求項１４】 高周波電力ソースと、 前記高周波電力ソースに結合される前記カソードであっ
て、前記カソードは前記カソードに隣接した領域にプラ
ズマを発生させることができる前記カソードと、 前記カソードの隣接に配置される遮蔽構造体であって、
前記遮蔽構造体は前記カソードの電位とは異なる電位に
維持される前記遮蔽構造体と、 前記カソードと前記遮蔽構造体との間に配置される絶縁
構造体であって、前記絶縁構造体は少なくとも前記遮蔽
構造体の外周を越えて伸びる端面を有する、前記絶縁構
造体と、 前記カソードの隣接に配置されるキャップ構造体とを備
え、前記キャップ構造体は前記絶縁構造体の前記端面に
納められ、１５０ミリトールを越える操作圧力において
前記ギャップ内で２次プラズマが発生しない充分薄いギ
ャップをもって、前記キャップ構造体が前記絶縁構造体
と隔てられるエッチングシステム。 - 【請求項１５】 前記キャップ構造体が、前記絶縁構造
体の前記端面の周囲に配置されるチャンネルを備える請
求項１４に記載のエッチングシステム。 - 【請求項１６】 前記ギャップが約２０／１０００イン
チ（約０．５０８ｍｍ）よりも小さい請求項１４に記載
のエッチングシステム。 - 【請求項１７】 前記絶縁構造体から、前記キャップ構
造体と前記遮蔽構造体の前記端面との間に伸びるフラン
ジを更に備える請求項１４に記載のエッチングシステ
ム。 - 【請求項１８】 前記絶縁組み立て体が誘電材料の実質
的円筒体を備え、且つ、前記組み立て体の前記突起部が
略長方形の断面を有する請求項１７に記載のエッチング
システム。 - 【請求項１９】 前記絶縁構造体が、前記カソードの前
記端面及び前記遮蔽構造体の前記端面の双方を越えて伸
びる請求項１７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項２０】 前記キャップ構造体が、エッチング操
作中に前記カソードの表面上に半導体ウエハを支持する
クランピングリングを備える請求項１８に記載のエッチ
ングシステム。 - 【請求項２１】 前記絶縁構造体と前記フランジとが、
クオーツを備える請求項２０に記載のエッチングシステ
ム。 - 【請求項２２】 前記キャップ構造体が、前記絶縁構造
体の前記端面と組み合う略長方形の断面を有するチャン
ネルを備える請求項１７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項２３】 前記フランジの１つの表面が、前記キ
ャップ構造体の隣接に配置され、且つ、前記フランジの
他の表面が前記遮蔽構造体の隣接に配置される請求項１
７に記載のエッチングシステム。 - 【請求項２４】 前記フランジが略長方形の断面を有
し、且つ、前記フランジの表面が前記遮蔽構造体の表面
と同一平面上にある請求項２３に記載のエッチングシス
テム。 - 【請求項２５】 遮蔽カソードエッチングシステムであ
って、 プラズマを励起可能な高周波電力ソースに接続されるカ
ソードと、 前記カソードの隣接に配置される遮蔽構造体であって、
前記遮蔽構造体は、前記カソードの電位とは異なる電位
に維持され前記遮蔽構造体と、 前記カソードと前記遮蔽構造体との間に配置される絶縁
構造体であって、前記絶縁構造体は、前記カソードの端
面と前記遮蔽構造体の端面のいずれか一方を越えて伸び
る端面を有する前記絶縁構造体と、 エッチング操作中に基板を適所に一時的に保持するため
の手段と、 １５０ミリトール以上の操作圧力下で前記カソードと前
記遮蔽構造体との間にプラズマの伝導を制限する手段と
を備える遮蔽カソードエッチングシステム。 - 【請求項２６】 プラズマを制限する前記手段が、５０
０ワットを越える入力電力レベル下でプラズマ伝導を制
限する手段を備える請求項２５に記載の遮蔽カソードエ
ッチングシステム。 - 【請求項２７】 プラズマを制限する前記手段が、前記
カソードと前記遮蔽構造体との間でプラズマを実質的に
ブロックするように配置される誘電構造体を備える請求
項２５に記載の遮蔽カソードエッチングシステム。 - 【請求項２８】 プラズマを制限する前記手段が、前記
カソードと前記遮蔽構造体との間にガス流通路を画成す
る誘電構造体を備える請求項２５に記載の遮蔽カソード
エッチングシステム。 - 【請求項２９】 前記ガス流通路の少なくとも一部が、
敷居値幅よりも小さな幅を有する請求項２８に記載の遮
蔽カソードエッチングシステム。 - 【請求項３０】 前記ガス流通路の少なくとも一部が、
２０／１０００インチ（約０．５０８ｍｍ）よりも小さ
な幅を有する請求項２８に記載の遮蔽カソードエッチン
グシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/188,287 US5573596A (en) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | Arc suppression in a plasma processing system |
| US08/188287 | 1994-01-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851101A true JPH0851101A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=22692533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7012751A Withdrawn JPH0851101A (ja) | 1994-01-28 | 1995-01-30 | プラズマ処理システムにおけるアークの抑制 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5573596A (ja) |
| EP (1) | EP0665575A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0851101A (ja) |
| KR (1) | KR100322168B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003243366A (ja) * | 2001-12-13 | 2003-08-29 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2016219820A (ja) * | 2008-10-31 | 2016-12-22 | ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | プラズマ処理チャンバの下側電極アセンブリ |
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