JPH0892748A - 誘導結合モードと静電結合モードとを併用する高密度プラズマcvdリアクタ - Google Patents
誘導結合モードと静電結合モードとを併用する高密度プラズマcvdリアクタInfo
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Abstract
を発生させるために、ガス注入口からチャンバにエッチ
ングガスを導入しながらチャンバ内を真空とし、コイル
アンテナにRFエネルギーを必ずしも印加していない間
にチャンバ内のシーリング電極にRFエネルギーを印加
することによりプラズマリアクタを浄化する方法として
具体化される。本発明の別の態様においては、リアクタ
を誘導結合モードで操作しようとするときには常に、シ
ーリング電極を接地させながら、リアクタのコイルアン
テナ26にPF電力を印加し、リアクタを静電結合モー
ドで操作しようとするときには常に、シーリング電極に
RF電力を印加し、リアクタを浄化しようとするときに
は常に、真空チェンバにエッチングガスを導入しなが
ら、シーリング電極とアンテナ26とにRF電力を印加
する。
Description
ンバ浄化操作のために組み合わせて選択可能な誘導結合
モードと静電結合モードとに対応した高密度プラズマC
VDリアクタの操作方法に関する。
グ、リアクティブイオンエッチング等の、半導体の加工
に使用されるプラズマリアクタは、典型的には、誘導結
合か静電結合を用いてプラズマを発生、維持する。静電
結合プラズマの高イオンエネルギー特性が、例えば、二
酸化珪素等の薄膜の除去に適しているので、エッチング
リアクタでは、典型的には、静電結合を採用している。
この高イオンエネルギーは、静電結合プラズマを発生さ
せるのに必要とされる高電界から発生する。例えば、コ
リンズ(Collins)等によって出願され、199
3年7月28日に公開された、「プラズマエッチング加
工(Plasma Etch Process)」と題
する欧州特許出願公開第0552491号の開示によれ
ば、静電結合リアクターは並列電極を有し、ペデスタル
を備える。
は、低圧で化学的気相成長(CVD)とその場でのスパ
ッタリングとを同時に達成するには充分ではない。従っ
て、フェアベーン(Fairbairn)とノワック
(Nowak)とにより1993年8月27日に出願さ
れた、「高密度プラズマCVDとエッチングリアクター
(High Density Plasma CVD
and EtchingReactor)」と題する米
国特許出願第08/113,776号に開示されている
タイプのCVDプラズマリアクターは、誘導結合を採用
してプラズマを発生、維持している。フェアベーンとノ
ワックとの上記出願に係わる発明では、ドーム形チャン
バのシーリング内のドーム形螺旋コイルにより、プラズ
マへの静電結合を低チャンバ圧(100ミリトール未
満)で達成しており、このドーム形状が、半導体ウェー
ハ全体に渡ってより一層均一なイオン密度分布を提供す
るもとになっている。かかる静電結合プラズマは、高イ
オン密度を特徴とし、それ故、高加工(例えば、成長)
速度での低圧CVDプラズマ加工に適している。
主要な差異は次の通りである。誘導結合プラズマは最高
2桁高いプラズマ密度を有し、それによって高加工速度
をもたらしている。静電結合プラズマは、高い電極シー
ト電圧、高いセルフバイアス及び高いプラズマインピー
ダンスを有し、それ故に高スパッタ速度とウェーハへの
大きな損傷の危険性とをもたらす。誘導結合プラズマは
低いイオンエネルギー分布を示し、ウェーハへの損傷の
危険性は低い。
VDリアクタ、の一要件は、それらを定期的に浄化し
て、付着物と残さとを除去しなければならないことであ
る。例えば、CVDリアクタで、半導体ウェーハ上への
二酸化珪素の堆積の間に、二酸化珪素は反応チャンバの
他部分と同様にチャンバ壁とシーリングとにも付着し
て、チャンバの特性を変え、微粒子汚染を高める。それ
故、反応チャンバは、定期的に浄化して、かかる付着物
と残さとを全て除去する必要がある。二酸化珪素質付着
物の除去は、NF3 (例えば)のようなフッ素含有エッ
チングガスをチャンバへ導入し、プラズマを発生させて
チャンバ浄化操作を行わせることにより達成されてい
る。
クタの一つの限界は、その大容積、低操作圧、チャンバ
壁面のバイアス不足のために、チャンバ浄化操作を行う
のに多くの時間を要することである。二酸化珪素のよう
な特定な残さは、低いイオンエネルギで比較的遅いエッ
チ速度持つのが典型的であり、それ故、誘導結合プラズ
マによって除去するのが困難なことがある。
は、反応チャンバの様々な面が、チャンバ内での位置の
違い、材質の相違とにより同一速度で浄化(エッチン
グ)されないことである。プラズマ密度とイオンエネル
ギーとは、チャンバ内の全ての位置で同一であることは
ないので、浄化(エッチング)速度の相違は象徴的なも
のである。更に、ウェーハ加工(例えば、CVD加工)
の間に、付着物がチャンバの特定の面に他より厚く堆積
し、付着物或いは残さの厚さがチャンバ内部で不均一と
なる。例えば、コリンズ等の前記欧州特許出願のエッチ
ングリアクタにおいて、エッチング加工の残さは、プラ
ズマ密度の不均一のために、シーリングの中央において
シーリングの端よりはるかに厚い。
或いは付着物が完全に除去され、この浄化金属面は、残
留汚染物が他の未だ不浄な面から除去されている最中に
エッチングされる。例えば、コリンズ等の欧州出願に係
わる平形シーリング電極の場合には、このシーリング電
極の端は、その中央部分が未だ厚い残留皮膜を有してい
る間に素早く浄化される。電極端部のむき出しの金属面
は、RFエネルギーを、未だ不浄な中央部分から分路さ
せ、これにより、中央部分のそれ以上の浄化を妨げる。
NF3 等のフッ化物ガスをチャンバ浄化に用いると、金
属面が浄化操作中にエッチングガスと反応して様々なフ
ッ化アルミニウムを形成し、これが、未だ不浄の面を含
め、チャンバの様々な面に他の残さ或いは付着物と共に
再付着する。かかるフッ化アルミニウム類は、非常にゆ
っくりとエッチングされるか、或いは、エッチングを実
質上受け入れず(特に、誘導結合プラズマにおいて)、
かくて、その下の先行付着物(例えば、二酸化珪素)を
遮蔽することになる。浄化操作中のフッ化アルミニウム
類のこの付着のために、残さ(例えば、二酸化珪素)の
除去が妨げられ、チャンバ浄化操作時間を延長しても反
応チャンバを完全には浄化不能となる。
作中にチャンバのある誘電体面(例えば、石英面)が急
速に消耗し、これは誘電結合プラズマで顕著であり、従
って、多大な費用をかけて頻繁に交換する必要があり、
重大な欠点となっている。
空チャンバ;この真空チャンバの底部近くのウェーハ保
持用ペデスタル;ガス注入口と真空ポンプ;チャンバの
頂部の、一般的に平円盤形の導電性シーリング電極;シ
ーリング電極と、真空チャンバの周囲に一般的に一致し
た基部とに隣接した螺旋コイルアンテナ;及び、コイル
アンテナ、シーリング電極、ウェーハペデスタルの各々
を、(a)各RF電源、(b)グランド、或いは、
(c)フロート電位(即ち、未接続)の各々に個別に接
続するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作
方法であり、ウェーハ保持用ペデスタルから全てのウェ
ーハを除去し、ガス注入口からチャンバ内にエッチング
ガスを導入しながら真空ポンプでチャンバ内を真空と
し、次いで、真空チャンバ内に主として静電結合プラズ
マを発生させるために、当初はコイルへのRFエネルギ
ー供給を控えながらシーリング電極にRFエネルギーを
加えるようにスイッチ操作するチャンバ浄化操作を含む
方法として具体化される。
ンバの底部近くのウェーハ保持用ペデスタル;ガス注入
口と真空ポンプ;チャンバの頂部の、一般的に平円盤形
の導電性シーリング電極;シーリング電極と、真空チャ
ンバの周囲に一般的に一致した基部とに隣接した螺旋コ
イル;及び、コイルアンテナ、シーリング電極、ウェー
ハペデスタルの各々を、(a)各RF電源、(b)グラ
ンド、或いは、(c)フロート電位の各々に個別に接続
するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作方
法であり、リアクタを誘導結合モードで操作しようとす
るときには常に、シーリング電極を接地させながら、コ
イルアンテナにPF電力を印加するためにスイッチを操
作し、一方、リアクタを静電結合モードで操作しようと
するときには常に、シーリング電極にRF電力を印加す
るためにスイッチを操作し、又、リアクタを浄化しよう
とするときには常に、真空チェンバにエッチングガスを
導入しながら、シーリング電極とコイルアンテナとにR
F電力を印加することを含む方法としても具体化され
る。
ャンバの底部近くのウェーハ保持用ペデスタル;ガス注
入口と真空ポンプ;チャンバの頂部の、一般的に平円盤
形の導電性シーリング電極;シーリング電極と、真空チ
ャンバの周囲に一般的に一致した基部とに隣接した螺旋
コイル;及び、コイルアンテナ、シーリング電極、ウェ
ーハペデスタルの各々を、(a)各RF電源、(b)グ
ランド、或いは、(c)フロート電位の各々に個別に接
続するためのスイッチを備える化学的気相成長リアクタ
の操作方法であり、シーリング電極を接地させながらコ
イルアンテナにRF電力を印加するようにスイッチ操作
することによりチャンバ内に誘導結合プラズマを維持し
ながらチャンバ内に成長前駆体ガスを導入することによ
ってペデスタル内のウエーハ上での化学的気相成長を行
い、又、シーリング電極にRF電力を印加するためにス
イッチ操作することによりチャンバ内に静電結合プラズ
マを維持しながらチャンバ内に前駆体浄化ガスを導入す
ることによってリアクタを浄化することを含む方法とし
ても具体化される。
の平面電極を囲むシーリング側部内のドーム形螺旋コイ
ルアンテナを有するプラズマリアクタチャンバを用い
る。コイルアンテナと、シーリング電極と、チャンバ底
部のウェーハペデスタルとにRFエネルギーを別々に結
合させるための手段が提供され、これにより、シーリン
グ電極とコイルアンテナとウェーハペデスタルとのうち
のいずれか一つまたは組合せがRFエネルギーを受け取
り、接地され、或いは未接続(フロート)とすることが
可能とされている。このコイルアンテナは、必要とされ
るプラズマのタイプに依存して誘導結合或いは静電結
合、或いは両者を提供し、シーリング電極は静電結合を
提供し、又、同時に通電されたときには、シーリング電
極とコイルアンテナとは一体となって、反応チャンバ内
のプラズマに静電結合と誘導結合との組合せを提供す
る。CVD加工中は、コイルアンテナはRFエネルギを
受け取って静電結合プラズマを提供し、この間、シーリ
ング電極は接地され、RFバイアスがウェーハペデスタ
ルに印加される。チャンバ浄化操作中は、RFエネルギ
がシーリング電極に印加されて静電結合プラズマを発生
し、この間、ウェーハペデスタルは電気的にフロートが
可能となり(ウェーハペデスタルと関連ハードウェアと
への損傷を避けるためである)、コイルアンテナは接地
されるかフロート可能とされる。静電結合プラズマが一
旦点火されると、RFエネルギがコイルアンテナに印加
されてプラズマを高プラズマ密度に維持することが可能
となり、従って追加の化学種と熱とを提供して二酸化珪
素及びそれと同様の化合物の除去が可能となる。
をペデスタル上に保持させながらRF電力をウェーハペ
デスタルに印加して静電結合プラズマを発生させて、チ
ャンバを浄化する。この態様では、頂部電極は接地され
ているか、それにRF電力が印加されていることが好ま
しい。この方法は、誘導結合プラズマを使用しても適用
可能である。シーリング電極は、約260〜270℃の
温度に迄加熱してチャンバ浄化速度を高めることが好ま
しい。
みへのRF電力の印加、(ii)シーリング電極とコイ
ルとへの電力の同時印加、及び、(iii)シーリング
電極とコイルとウェーハペデスタルとへのRF電力の同
時印加、により点火可能である。これら3つの異なるモ
ードの各々が独自の利点を提供する。電力をシーリング
電極に印加すると、接地面とシーリング面との浄化が速
くなる。電力をシーリング電極とコイルとに印加する
と、金属面を高速浄化しながら誘電体面の浄化か促進さ
れるが、これは、フッ素解離の増加と高プラズマ温度と
によるものである。シーリング電極とコイルとウェーハ
ペデスタルとに同時にRF電力を印加すると、プラズマ
への別途の接地路を提供することにより金属性のチャン
バ壁面のスパッタリングが減少する。即ち、上記の3つ
のモード(i)、(ii)及び(iii)のうちの1つ
の選択は、チャンバ内の付着酸化物残さの分布に依存し
て可能となる。「ダミー」ウェーハを、チャンバ浄化操
作中、ウェーハペデスタル上に載置することにより、ペ
デスタル面をエッチングから保護することが可能であ
る。これは、上記(iii)のモードで操作するときに
特に好ましい。
点火するためには、シーリング電極を接地することは必
ずしも必要ではない。
レベル(典型的には30〜300ミリトールであり、印
加されるRF電力レベルに依存する)を維持しながらR
F電力をコイルに印加してプラズマに点火する。プラズ
マが一旦点火すれば、圧力を30ミリトール未満に下げ
てもプラズマは維持できる。
は、真空チャンバ10;真空ポンプ12;及び、ガス注
入ノズル14を支持するメタルハウジング18内のガス
供給環形マニホールド16に接続されたガス注入ノズル
14;を備える。チャンバ10は、平円盤24を囲む部
分的にドーム形状の即ち半球状の環部22からなるシー
リング20を有する。このドーム形環部22は石英やセ
ラミック等の絶縁体である。このドーム形環部22が、
その一端がコンデンサを経てスイッチ30によりグラン
ドに接続可能であり、他端がスイッチ34によりRF源
32に接続可能である螺旋コイルRFアンテナ26を支
えている。螺旋コイルRFアンテナ26の、長さを含む
構造の詳細は、フェアベーンとノワックとの前記米国特
許出願に開示されており、その開示内容は、参照によ
り、本明細書に含められているものとする。例えば、R
F源32は、RF発生装置と通常のRF適合ネットワー
ク(図示されていない)とを備える。シーリング24
は、スイッチ38によりRf源36かグランドに接続可
能の導体である。チャンバ10の底部は、ドープポリシ
リコン又はアルミニウムとすることが可能な着脱式電導
性の底環部即ちライナー40と、半導体ウェーハ45を
保持するためのウェーハペデスタル44とを備える。ウ
エーハ45の上面と共面の誘電体環部44aで、ペデス
タル44上のウェーハ45を囲むことが好ましい。ウエ
ーハペデステル44には、静電チャク、冷却液流路、そ
して、本発明にとっては必須ではない他の通常の側面を
備えることができる。導電性環状リング40は、シーリ
ング電極24とほぼ同一の面積を有するチャンバ10の
内部に面する凸レンズ状に湾曲した内面40aを有す
る。この特徴により静電放電が促進され、チャンバ底部
の接地面がプラズマに暴露される。その結果、RF源が
シーリング電極24に印加され、環状リング40が接地
されるときには、両者はほぼ同一速度でエッチングされ
ることになり、これは重大な利点である。この着脱式環
状リングであるライナー40は、定期的な保守とチャン
バ底部浄化とに有益である。
コリン等の前記欧州特許出願に示されているタイプ)
は、汚染物(例えば、二酸化珪素)を不均一に堆積する
傾向がある。平形シーリングをしたエッチングリアクタ
の場合、付着物は主として、より低温のバイアスされて
いない面、即ち、シーリング電極の外側端、に多く付着
する傾向があるポリマーから主として構成される。平形
シーリングをしたエッチングリアクタの場合、付着酸化
物の大部分は、シーリング電極の中央に、ウェーハと向
かい合った状態で位置する。これは、ウェーハペデスタ
ルのRFバイアスによって誘発される成長加工のための
スパッタ成分に起因する。従って、CVDリアクタで
は、プラズマ放電モードの如何に拘わらず、チャンバ浄
化中はまずシーリング電極の外側部分が浄化される。こ
の問題を解消するためには、本発明のリアクタ(図1)
のシーリング電極を側壁の直径より小さいサイズ(ウェ
ーハペデスタルより若干大きいことが好ましい)とし
て、シーリング電極部分が他部位より厚い残さを蓄積
し、従ってエッチング即ち過剰浄化を必要とする傾向を
なくす。
ムライナー40と石英製ドーム形環部22との穏やかに
湾曲した凹面により、チャンバ浄化操作中の浄化を困難
とするチャンバ内部の鋭い角部がないことである。
浄化操作中のフッ化アルミニウム類の形成に寄与する金
属面を最小化ないし除去することが好ましい。特定する
と、シーリング電極24と底部の環状リング40とは共
にシリコン、例えば、約0.2オーム/cm未満の抵抗
になる迄ドープされたポリシリコン、とすることができ
る。ポリシリコンの利点は、チャンバの浄化(エッチン
グ)操作中にそこから除去されるシリコンが揮発性であ
り、チャンバ10から容易にポンプ送りされる点であ
る。チャンバ浄化操作中にフッ化アルミニウム類が形成
される可能性を更に下げるためには、ガス噴射ノズル1
4は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミ
ック材とする。更に、石英、ポリシリコン、シリコン又
はセラミック製の円形支持体46で金属体18を被覆す
る。更に、この金属体18を接地して、チャンバ浄化操
作中のアーク発生の可能性を減らす。従って、この好ま
しい態様においては、チャンバ内部にむき出しとされた
金属面は実質上存在しない。チャンバ浄化操作中は、ウ
ェーハペデスタル44はいずれの電位にも未接続とする
(即ち、電気的にフロートさせる)ことが好ましく、こ
れにより、チャンバ浄化操作中にそのエッチング(即
ち、それからのフッ化アルミニウム類の形成)はほとん
ど発生しなくなる。
によって、グランドかRF源50に接続可能であり、
又、電気的に絶縁可能である。
極24によりチャンバ10内に高圧静電結合プラズマが
発生すると同時に或いはその後にコイルアンテナ26に
通電できることである。この時点でコイルアンテナ26
に通電する利点は、それが静電結合プラズマを維持する
のに効率的な手段となり、又、石英製環部22から残さ
をエッチング除去可能とするために、石英製環部22近
くのプラズマに一定量の誘導及び/又は静電結合力を提
供することである。この結合モードにより、環部22の
石英材が、純粋な低圧誘導結合プラズマモードによるよ
りも遅い速度でエッチングされることとなり、これは重
要な利点である。更に、コイルアンテナ26により提供
される誘電結合により、チャンバ10内に別の熱が発生
する。高温は、チャンバ10内のシーリング電極24そ
の他の部位からの二酸化珪素の除去を大いに促進する。
図1に示される通り、シーリング電極24を覆う蓋56
がその内部を通る冷却ジャケット58を有するので、シ
ーリング自体は熱源ではなくヒートシンクの役目を果た
す点に留意されたい。しかし、シーリング電極の浄化速
度は、抵抗加熱装置60のような外部熱源を使用してシ
ーリング電極の温度を、例えば、260〜270℃に上
昇させることにより加速可能である。
は、石英製環部22の内面22aの曲率半径R1 は32
5cm(13インチ)、底部リング40の内面の曲率半
径は250cm(9.5〜10インチ)、シーリング電
極24の直径Dは225cm(9インチ)、ウェーハペ
デスタル44の直径は200cm(8インチ) 、シーリ
ング電極の、ペデスタル24からの高さは112cm
(4.5インチ)であった。しかし、本発明はいかなる
特定の設計形状に限定されるものではない。
ズマリアクタの特定の使用方法により具体化される。基
本的に図1のプラズマリアクタは、加圧方式と、化学
と、印加されるRF電力レベルとに依存して、3つの可
能性あるプラズマ結合モードである(1)主に誘導結合
プラズマ、(2)主に静電結合プラズマ、(3)誘導結
合と静電結合との両者の同時混成、に対応している。
ェーハ45上に二酸化珪素の化学的気相成長を達成する
ためには、リアクタを上記第一モードで操作して静電結
合プラズマを提供する。シラン等のシリコン先駆物質
を、シラン用の注入ノズル14を使用して、酸素含有ガ
スと共にチャンバ10に導入する。ポンプ弁12aを配
置して、100ミリトール以下のチャンバ圧を維持す
る。300kHz〜14MHz(好ましくは2.0MH
z)の1000〜5000ワットのRFエネルギをRF
源32からコイルアンテナ26に印加している間は、シ
ーリング電極24は接地される。コリン等の前記出願及
び、フェアベーンとノワックとの前記出願に開示されて
いる技術により、ウェーハスペデストルは接地させても
フロートさせてもよく、又、RF源50からのRFバイ
アスをペデスタル44に印加して、ペデスタル44上に
保持された半導体ウェーハに適当なプラズマシース電圧
を発生させることが可能である。場合によっては、誘導
結合プラズマの発生にシーリング電極の接地は必要でな
いことがある。
持可能の容積(例えば、25〜30リットル)のチャン
バに対してチャンバ浄化操作を行うためには、チャンバ
圧を0.5〜5トールに設定し、この間に0.5〜3リ
ットール/分のフッ素含有ガス(例えば、NF3 、CF
4 、C2 F6 等)と酸素とをチャンバ10にポンプ送り
する。ウェーハペデスタルをスイッチ52により切断
し、電気的にフロートさせ、コイルアンテナをスイッチ
30、34によりまず切断或いは接地させ、この間、3
00kHz〜14MHz(好ましくは1.8MHz)の
1000〜5000ワットのRFエネルギをRF源36
により、スイッチ38を通じてシーリング電極に印加す
る。プラズマに一旦点火すると、次の3つの目的のため
にコイルアンテナ26をRF源32に接続できる。
(1)コイルアンテナ26により提供される小成分の静
電結合により、既に発生している静電結合プラズマを効
率よく維持する。(2)石英製環部22にコイルアンテ
ナ26に近接させて、環部22からの残さ或いは付着物
のエッチング或いは掃去を可能にする。(3)コイルア
ンテナ26の誘導結合によりチャンバ10に熱を発生さ
せ、これにより、シーリング電極24等のチャンバ内面
と、ペデスタル周囲の石英材とからの二酸化珪素残さの
除去を容易にする。
チング操作を行うためには、リアクタを前段落記載通り
に、但し、コイルアンテナは終始切断したままか接地し
たままで操作する。静電結合モードの方がはるかに速い
エッチ速度を提供するが、これは、同モードが約50ボ
ルトのプラズマシース電圧を特徴とするからであり、一
方、誘導結合モードは、わずか5ボルト前後のプラズマ
シース電圧によって特徴づけられる。
されたフッ素原子をチャンバ内部から除去する必要があ
る。この目的のために、チャンバ浄化操作との関連で記
載した方法と同一の方法で、但し、NF3 ガスを水素ガ
ス(或いはシラン等の水素含有ガス)に代えて、水素含
有プラズマをチャンバ10内に発生させる。
シートの電圧降下が大きいので、チャンバ浄化に一層好
ましい。このため、前記面に衝突するイオンが高エネル
ギーとなり、S−O結合の破壊が容易になる。しかし、
リアクタはいずれの方式でも、静電結合であれ誘導結合
であれ浄化可能である。リアクタの異なる領域での浄化
速度の一致は、適当な浄化方式の選択により達成可能で
ある。事実、誘導モードプラズマ浄化工程とそれに続く
静電モードプラズマ清浄工程とからなる2段階浄化法を
使用できる。別法として、これら2工程の順序を逆転で
きる。
(0.5トールより高い)してチャンバ壁の過剰スパッ
タリングを防止する必要がある。低圧方式では、プラズ
マ結合は主として誘導モードであり、最小の壁面バイア
スが生ずる。しかし、この誘導放電モードでは一般に、
プラズマ温度が一層高くなる。静電結合プラズマは、電
極浄化に非常に有効である。静電放電では直接にはバイ
アスされないチャンバの石英製ドームその他の領域の浄
化を容易にするのは、一般的には静電モードの結合プラ
ズマの誘導による強化である。
フロートも可能である。ペデスタルを残さから浄化し、
或いは、逆に、それを過剰浄化と損傷とから保護するた
めには、ペデスタル電位をそのようにコントロールでき
ることが有益である。
は、所定リアクタ温度では、前記浄化方法が、フェアベ
ーンとノワックとの前記出願に記載のタイプの誘導結合
高密度プラズマリアクタ用の浄化方法よりも5〜10倍
高速であることである。
とに別々の個々のRF源を提供する好ましい態様を参照
しながら本発明を記載したが、コイルアンテナとシーリ
ング電極とは、両者が同時にRFエネルギーを受け取る
ようにするときには常に、共通のRF源に一緒に接続で
きる。
る。シーリング電極24とコイルアンテナ26とに印加
されたRF電力の比を調整することにより、図1のリア
クタは10ミリトール未満から15トール迄という広い
圧力域で操作でき、低圧方式は主として誘導結合プラズ
マに好ましく、高圧方式は主として、静電結合プラズマ
に好ましい。
ら詳細に記載したが、その変形、改良が本発明の真の精
神と範囲を逸脱することなく可能であることは理解され
よう。
以上のように構成されるので、反応チャンバの様々な面
が、チャンバ内での位置の違い、材質の相違があっても
同一速度で浄化される。従って、チャンバ浄化操作中に
チャンバのある誘電体面が急速に消耗し、頻繁に交換す
る必要性も解消される。
ある。
プ弁、14…ガス注入ノズル、16…ガス供給環形マニ
ホールド、18…メタルハウジング、20…シーリン
グ、22…環部、22a…環部内面、24…平円盤、2
6…コイルアンテナ、30、34、38、52…スイッ
チ、32…RF源、36、50…バイアス、RF発生装
置、40…環状リング、40a…湾曲内面、44…ウエ
ーハペデステル、44a…誘電体環部、45…ウエー
ハ、46…円形支持体、56…蓋、58…冷却ジャケッ
ト、60…抵抗加熱装置。
Claims (23)
- 【請求項1】 真空チャンバ;前記真空チャンバの底部
近くの、ウェーハを支持可能なウェーハ保持用ペデスタ
ル;ガス注入口と真空ポンプ;前記チャンバの頂部の、
一般的に平形の導電性シーリング電極;前記シーリング
電極と前記ウェーハ保持用ペデスタルとの間の空間の周
囲に隣接して配置されたコイルアンテナ;及び、前記コ
イルアンテナ、前記シーリング電極、前記ウェーハペデ
スタルの各々を、(a)各RF電源、(b)グランド、
(c)フロート電位のうちの少なくとも1つに個々に接
続するためのスイッチを備えるプラズマリアクタの操作
方法において、 前記ガス注入口から前記チャンバ内にエッチングガスを
導入しながら前記真空ポンプで前記チャンバ内を真空を
形成する工程;前記シーリング電極にRFエネルギーを
印加するために前記スイッチを操作する工程;を含む方
法。 - 【請求項2】 前記真空チャンバ内で主として静電結合
プラズマに点火するために、前記ウェーハペデスタルへ
のRFエネルギーの印加を少なくとも当初は抑制しなが
ら前記操作工程を行う、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記プラズマを発生後にRFエネルギー
を前記コイルアンテナに印加することを更に含む、請求
項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記抑制工程が、前記ウェーハペデスタ
ルの電位をフロートとすることを可能とするために前記
ウェーハペデスタルを電気的に絶縁することを含む、請
求項2記載の方法。 - 【請求項5】 前記真空が約0.5〜10トールの範囲
内にある、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記RFエネルギーが、約300kHz
〜14MHzの周波数で約1000〜3000ワットの
範囲内の電力レベルを特徴とする、請求項1記載の方
法。 - 【請求項7】 前記エッチングガスが、フッ化窒素類、
フッ化珪素類、フッ化炭素類からなるエッチングガス群
から選択され、前記チェンバへの前記エッチングガスの
流速が約0.5〜3リットル/分の範囲内にある、請求
項1記載の方法。 - 【請求項8】 前記コイルアンテナに印加されるRFエ
ネルギーが、約1000〜5000ワットの電力レベル
と約300kHz〜14MHzの周波数であることを特
徴とする、請求項3記載の方法。 - 【請求項9】 水素プラズマを発生させ、それにより前
記チャンバからフッ素残さを除去するために、前記チャ
ンバから前記エッチングガスを除去する工程と、前記チ
ャンバに水素含有ガスを導入する工程とを更に含む、請
求項1記載の方法。 - 【請求項10】 前記チャンバから前記エッチングガス
を除去し、前記ウェーハペデスタル上に加工対象のウェ
ーハを置く工程;前記真空を選択された加工真空レベル
に変えながら前記真空チェンバに少なくとも1種の選択
された加工ガス(processing gas)を導入する工程;前記
シーリング電極を接地するために前記スイッチを開き、
誘導結合プラズマを発生させるために前記コイルアンテ
ナにRFエネルギーを印加し、前記ウェーハペデスタル
をバイアスする工程;を含むウェーハ加工操作を前記チ
ャンバ浄化操作の完了時に行うことを更に含む、請求項
1記載の方法。 - 【請求項11】 前記ウェーハ加工操作が、化学的気相
成長工程を含み、前記選択加工ガスが前記ウェーハ上に
付着すべき物質の前駆体ガス(a precursor gas) であ
る、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 前記選択加工真空レベルが、約100
ミリトール以下である、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記コイルアンテナに印加される前記
RFエネルギーが、約1000〜5000ワットの電力
レベルと約300kHz〜14MHzの周波数であるこ
とを特徴とする、請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 前記チャンバから前記エッチングガス
を除去し、前記ウェーハペデスタル上に加工対象のウェ
ーハを置く工程;前記真空を選択された加工真空レベル
に変えながら前記真空チェンバに少なくとも1種の選択
された加工ガスを導入する工程;前記コイルアンテナを
接地するために前記スイッチを開き、静電結合プラズマ
を発生させるために前記シーリング電極にRFエネルギ
ーを印加し、前記ウェーハペデスタルをバイアスする工
程;を含むウェーハ加工操作を前記チャンバ浄化操作の
完了時に行うことを更に含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項15】 前記選択加工真空レベルが約0.5〜
10トールの範囲内にある、請求項14記載の方法。 - 【請求項16】 前記シーリング電極に印加される前記
RFエネルギーが約1000〜3000ワットの電力レ
ベルと約300kHz〜14MHzの周波数であること
を特徴とする、請求項14記載の方法。 - 【請求項17】 真空チャンバ;前記真空チャンバの底
部近くのウェーハ保持用ペデスタル;ガス注入口と真空
ポンプ;前記チャンバの頂部の、一般的に平円盤形の導
電性シーリング電極;前記シーリング電極と前記ウェー
ハ保持用ペデスタルとの間の空間の周囲を巻くコイルア
ンテナ;及び、前記コイルアンテナ、前記シーリング電
極、前記ウェーハペデスタルの各々を、(a)各RF電
源、(b)グランド、(c)フロート電位のうちの少な
くとも1つに個々に接続するためのスイッチを備えるプ
ラズマリアクタの操作方法において、前記リアクタを誘
導結合モードで操作しようとするときには常に、前記シ
ーリング電極を接地させながら、前記コイルアンテナに
PF電力を印加するためにスイッチを操作する工程;前
記リアクタを静電結合モードで操作しようとするときに
は常に、前記シーリング電極にRF電力を印加するよう
に前記スイッチを操作する工程;前記リアクタを浄化し
ようとするときには常に、前記真空チェンバにエッチン
グガスを導入しながら、前記シーリング電極と前記コイ
ルアンテナとにRF電力を印加する工程:を含む方法。 - 【請求項18】 前記浄化工程中の前記ペデステルをエ
ッチングから保護するために前記ウェーハ保持用ペデス
テルの電位をフロートとすることを可能とすることを更
に含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 前記ペデステル近くの付着物の除去を
促進する傾向のある電位を前記ウェーハ保持用ペデステ
ルに印加することを更に含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項20】 真空チャンバ;前記真空チャンバの底
部近くのウェーハ保持用ペデスタル;ガス注入口と真空
ポンプ;前記チャンバの頂部の、一般的に平板形の導電
性シーリング電極;前記シーリング電極と前記ウェーハ
保持用ペデスタルとの間の空間の周囲に配置されたコイ
ルアンテナ;及び、前記コイルアンテナ、前記シーリン
グ電極、前記ウェーハペデスタルの各々を、(a)各R
F電源、(b)グランド、(c)フロート電位のうちの
少なくとも1つに個々に接続するためのスイッチを備え
るプラズマ化学的気相成長リアクタの操作方法におい
て、 前記シーリング電極を接地させながら、前記コイルアン
テナにRF電力を印加するために前記スイッチを操作す
ることにより、前記チャンバ内に誘導結合プラズマを維
持しながら前記チャンバ内に成長前駆体ガスを導入する
ことによって前記ペデスタル内のウエーハ上での化学的
気相成長を行い;前記シーリング電極にRF電力を印加
するために前記スイッチを操作することにより前記チャ
ンバ内に静電結合プラズマを維持しながら前記チャンバ
内に前駆体浄化ガスを導入することによって前記リアク
タを浄化する;ことを含む方法。 - 【請求項21】 前記浄化工程が、前記コイルアンテナ
にRF電力を印加することを更に含む、請求項20記載
の方法。 - 【請求項22】 前記浄化工程中の前記ペデステルをエ
ッチングから保護するために前記ウェーハ保持用ペデス
テルの電位をフロートとすることを可能とすることを更
に含む、請求項20記載の方法。 - 【請求項23】 前記ペデステル近くの付着物の除去を
促進する傾向のある電位を前記ウェーハ保持用ペデステ
ルに印加することを更に含む、請求項20記載の方法。
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