JPH09120956A - 物質処理用容量結合式二重周波数プラズマリアクタ - Google Patents
物質処理用容量結合式二重周波数プラズマリアクタInfo
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、物質処理用二重周波数容量結合プラズマ装置
に関する。本発明の第１の形態によると、二重周波数三
極管リアクタが、第１のパワー電極に容量結合したＶＨ
Ｆ（３０から３００ＭＨｚ）プラズマＲＦ電力供給と、
第２のパワー電極に容量結合したＨＦ（０.１から３０
ＭＨｚ）プラズマＲＦ電力供給とを含み、ウエハが、第
２のパワーリアクタ電極に取り付けられ、ウエハで自己
誘導ＤＣバイアス電圧の独立的に形成されている。ＶＨ
Ｆ電力供給は、第１のパワー電極とプラズマとの間の小
さいシース電圧で急速なエッチング／堆積のため、低い
シース電位、高密度プラズマの生成及び制御のために使
用され、ＨＦ電力供給は、イオンエネルギーを独立的に
制御するため、第２のパワー電極（ウエハ基板）にＤＣ
バイアスを与えるために使用される。本発明の第２の形
態によると、所定形状の上方のパワー電極（この外縁に
ほぼ円錐形状をもつ）が、ウエハの直径にわたってより
一層一様なエッチングを与えるために使用される。 【課題】 【解決手段】
に関する。本発明の第１の形態によると、二重周波数三
極管リアクタが、第１のパワー電極に容量結合したＶＨ
Ｆ（３０から３００ＭＨｚ）プラズマＲＦ電力供給と、
第２のパワー電極に容量結合したＨＦ（０.１から３０
ＭＨｚ）プラズマＲＦ電力供給とを含み、ウエハが、第
２のパワーリアクタ電極に取り付けられ、ウエハで自己
誘導ＤＣバイアス電圧の独立的に形成されている。ＶＨ
Ｆ電力供給は、第１のパワー電極とプラズマとの間の小
さいシース電圧で急速なエッチング／堆積のため、低い
シース電位、高密度プラズマの生成及び制御のために使
用され、ＨＦ電力供給は、イオンエネルギーを独立的に
制御するため、第２のパワー電極（ウエハ基板）にＤＣ
バイアスを与えるために使用される。本発明の第２の形
態によると、所定形状の上方のパワー電極（この外縁に
ほぼ円錐形状をもつ）が、ウエハの直径にわたってより
一層一様なエッチングを与えるために使用される。 【課題】 【解決手段】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス、
平面表示板等を処理するために使用する装置に関する。
特に、本発明は、スパッタエッチング、反応エッチン
グ、プラズマ付勢化学的蒸着、及び同様のプラズマを利
用した処理に使用できる新規な容量結合式ＨＦ／ＶＨＦ
二重周波数（二極管）リアクタに関する。さらに、本発
明は、物理的蒸着（ＰＶＤ）又は化学的蒸着（ＣＶＤ）
メタライゼーションツールのように集積クラスタツール
（cluster tool）でみられるような二重周波数（二極
管）スパッタクリーンリアクタに関する。
平面表示板等を処理するために使用する装置に関する。
特に、本発明は、スパッタエッチング、反応エッチン
グ、プラズマ付勢化学的蒸着、及び同様のプラズマを利
用した処理に使用できる新規な容量結合式ＨＦ／ＶＨＦ
二重周波数（二極管）リアクタに関する。さらに、本発
明は、物理的蒸着（ＰＶＤ）又は化学的蒸着（ＣＶＤ）
メタライゼーションツールのように集積クラスタツール
（cluster tool）でみられるような二重周波数（二極
管）スパッタクリーンリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
大径のシリコンウエハ上でのデバイス密度を増大し特徴
サイズ（feature size）を低減することが求められ、こ
れは、半導体デバイス製作用集積クラスタツールにとっ
て急務となってきた。集積クラスタツールは、多重チャ
ンバー真空システムであり、このシステムでは、多数の
稼働チャンバーが中央搬送チャンバーの周りに配列さ
れ、各々の稼働チャンバーは、真空ロックを形成する一
対のゲートバルブによって中央搬送チャンバーから孤立
している。動作中、半導体ウエハが稼働チャンバー内で
処理されるが、残りのクラスタ装置は、全ての稼働チャ
ンバーの環境から孤立している。ウエハ処理が特定の稼
働チャンバーで終了した後、ウエハは、真空ロックを通
じて自動的に中央チャンバーへと戻され、他の真空ロッ
クを通じて次の稼働チャンバーへと自動的に送られる。
集積クラスタツールでは、複数の様々な真空稼働チャン
バーを中央搬送チャンバーの周りに「房状」に配置する
ことができ、また、ウエハの処理に欠くことのできない
工程を通じて、大気圧又はクリーンルーム大気へウエハ
を戻すことなく、ウエハの処理を行うことができる。集
積クラスタツールは、本質的に、一連の処理デバイスで
ある。典型的に、１度に２５枚のウエハが、クラスタツ
ールの様々な処理を通じて断続的に処理される。従っ
て、各々の処理工程を短時間に行い、クラスタツールを
を効率的に動作することで、高い生産性が得られる。
大径のシリコンウエハ上でのデバイス密度を増大し特徴
サイズ（feature size）を低減することが求められ、こ
れは、半導体デバイス製作用集積クラスタツールにとっ
て急務となってきた。集積クラスタツールは、多重チャ
ンバー真空システムであり、このシステムでは、多数の
稼働チャンバーが中央搬送チャンバーの周りに配列さ
れ、各々の稼働チャンバーは、真空ロックを形成する一
対のゲートバルブによって中央搬送チャンバーから孤立
している。動作中、半導体ウエハが稼働チャンバー内で
処理されるが、残りのクラスタ装置は、全ての稼働チャ
ンバーの環境から孤立している。ウエハ処理が特定の稼
働チャンバーで終了した後、ウエハは、真空ロックを通
じて自動的に中央チャンバーへと戻され、他の真空ロッ
クを通じて次の稼働チャンバーへと自動的に送られる。
集積クラスタツールでは、複数の様々な真空稼働チャン
バーを中央搬送チャンバーの周りに「房状」に配置する
ことができ、また、ウエハの処理に欠くことのできない
工程を通じて、大気圧又はクリーンルーム大気へウエハ
を戻すことなく、ウエハの処理を行うことができる。集
積クラスタツールは、本質的に、一連の処理デバイスで
ある。典型的に、１度に２５枚のウエハが、クラスタツ
ールの様々な処理を通じて断続的に処理される。従っ
て、各々の処理工程を短時間に行い、クラスタツールを
を効率的に動作することで、高い生産性が得られる。
【０００３】金属膜の物理的蒸着（ＰＶＤ）に用いるク
ラスタツールは、典型的に、金属膜の蒸着前に酸化物及
び他の物質をシリコンウエハから取り除くために、スパ
ッタエッチング処理を使用する単一のプリ・クリーンモ
ジュール（又は、プリ・クリーンリアクタ）を含む。こ
れは、一般に、プリ・クリーン処理又はプリ・クリーン
工程といわれている。ここに開示する本発明は、スタン
ドアローン式の処理モジュールとして用いることがで
き、好適に、集積クラスタツールのモジュールとして用
いられる。
ラスタツールは、典型的に、金属膜の蒸着前に酸化物及
び他の物質をシリコンウエハから取り除くために、スパ
ッタエッチング処理を使用する単一のプリ・クリーンモ
ジュール（又は、プリ・クリーンリアクタ）を含む。こ
れは、一般に、プリ・クリーン処理又はプリ・クリーン
工程といわれている。ここに開示する本発明は、スタン
ドアローン式の処理モジュールとして用いることがで
き、好適に、集積クラスタツールのモジュールとして用
いられる。
【０００４】集積回路を半導体ウエハ上に形成するため
のウエハの処理では、プラズマを用いた処理が、物質を
半導体ウエハに堆積させたり、半導体ウエハから物質を
エッチングするために使用される。このような処理に
は、他の周知の処理と同様に、プラズマエッチング、反
応イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマ付勢化学的蒸
着（ＰＥＣＶＤ）が含まれる。プラズマを形成したり付
勢するために、ＲＦ（無線周波数）電源が一般に使用さ
れ、所定圧力のガスを収容する真空容器内の電力を受け
る１個以上の電極（以下、パワー電極という）に電力を
与えられる。典型的に、マッチングネットワーク（matc
hing network）が使用され、ＲＦ電源からの電力を真空
チャンバー内部のパワー電極へと効率的に結合する。こ
のようなマッチングネットワークの動作及び構造は、当
業者には周知のものである。
のウエハの処理では、プラズマを用いた処理が、物質を
半導体ウエハに堆積させたり、半導体ウエハから物質を
エッチングするために使用される。このような処理に
は、他の周知の処理と同様に、プラズマエッチング、反
応イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマ付勢化学的蒸
着（ＰＥＣＶＤ）が含まれる。プラズマを形成したり付
勢するために、ＲＦ（無線周波数）電源が一般に使用さ
れ、所定圧力のガスを収容する真空容器内の電力を受け
る１個以上の電極（以下、パワー電極という）に電力を
与えられる。典型的に、マッチングネットワーク（matc
hing network）が使用され、ＲＦ電源からの電力を真空
チャンバー内部のパワー電極へと効率的に結合する。こ
のようなマッチングネットワークの動作及び構造は、当
業者には周知のものである。
【０００５】真空チャンバー内部の電極間の電場によ
り、ガス中に存在する電子とガス分子との弾性的な衝突
が開始される。この処理が継続すると、電子がより高い
エネルギーを獲得し、ガス分子と非弾性的な衝突を開始
するようになり、励起又はイオン化した種を形成する。
そして、最後には、安定な状態のプラズマが形成され、
プラズマ内にある原子と電子との励起及び再結合が平衡
になる。高反応性イオン及びラジカル種がプラズマに発
生し、半導体ウエハ上の物質の堆積又はエッチングに使
用される。プラズマの作用、又は磁場及び／又はＤＣ又
はＲＦ自己誘導バイアスメカニズムの外的な適用によっ
て真空チャンバー内に形成された電場又は磁場を使用し
て、真空チャンバー内でのエッチング処理や堆積処理を
制御する。
り、ガス中に存在する電子とガス分子との弾性的な衝突
が開始される。この処理が継続すると、電子がより高い
エネルギーを獲得し、ガス分子と非弾性的な衝突を開始
するようになり、励起又はイオン化した種を形成する。
そして、最後には、安定な状態のプラズマが形成され、
プラズマ内にある原子と電子との励起及び再結合が平衡
になる。高反応性イオン及びラジカル種がプラズマに発
生し、半導体ウエハ上の物質の堆積又はエッチングに使
用される。プラズマの作用、又は磁場及び／又はＤＣ又
はＲＦ自己誘導バイアスメカニズムの外的な適用によっ
て真空チャンバー内に形成された電場又は磁場を使用し
て、真空チャンバー内でのエッチング処理や堆積処理を
制御する。
【０００６】近年、半導体産業では、より大きな半導体
及び平面表示板の基板上に一層微細なデバイスをもつ製
品を高いスループットで達成することが要求されてい
る。よって、半導体製造機器の設計は、処理を高速に行
い、非稼働時間を低減し、汚染レベル及びデバイス損傷
を低減できる機器を提供することを目的としている。ま
た、最近製造されている８インチ及び１２インチの半導
体基板（同様に、大きな平面表示板の基板）の比較的大
きな表面にわたって一様なエッチングができる、という
ことも強く望まれている。これら目的は、他のものと対
立している。
及び平面表示板の基板上に一層微細なデバイスをもつ製
品を高いスループットで達成することが要求されてい
る。よって、半導体製造機器の設計は、処理を高速に行
い、非稼働時間を低減し、汚染レベル及びデバイス損傷
を低減できる機器を提供することを目的としている。ま
た、最近製造されている８インチ及び１２インチの半導
体基板（同様に、大きな平面表示板の基板）の比較的大
きな表面にわたって一様なエッチングができる、という
ことも強く望まれている。これら目的は、他のものと対
立している。
【０００７】最も簡単なＲＦパワーリアクタは、単一周
波数二極管リアクタである。二極管リアクタでは、ＲＦ
エネルギーは、通常、ウエハテーブルに印加され、ウエ
ハテーブル上にはウエハが配置され、半導体ウエハ上の
電極が接地の働きをする。プラズマは、一般に低圧（約
５−１０ミリトール（ｍＴ））のアルゴンでウエハ上方
に形成され、アルゴンイオンがウエハへと加速され、プ
ラズマと負に帯電したウエハとの間に形成された電場に
よりシリコン又は他の物質を物理的に射突させたり、エ
ッチングをする。
波数二極管リアクタである。二極管リアクタでは、ＲＦ
エネルギーは、通常、ウエハテーブルに印加され、ウエ
ハテーブル上にはウエハが配置され、半導体ウエハ上の
電極が接地の働きをする。プラズマは、一般に低圧（約
５−１０ミリトール（ｍＴ））のアルゴンでウエハ上方
に形成され、アルゴンイオンがウエハへと加速され、プ
ラズマと負に帯電したウエハとの間に形成された電場に
よりシリコン又は他の物質を物理的に射突させたり、エ
ッチングをする。
【０００８】二極管リアクタで使用されるＲＦ励起周波
数は、リアクタで行われていることに関して大きく影響
する。コリンズ（Collins）らの米国特許第５３００４
６０号によると、このようなリアクタに使用される励起
周波数は、低周波数（ＬＦ）（１０−４００ＫＨｚ）、
高周波数（ＨＦ）（１３−４０ＭＨｚ（典型的に、１
３.５６ＭＨｚのＩＳＭ周波数））、高高周波数（ＶＨ
Ｆ）（５０−８００ＭＨｚ）、及びマイクロ波周波数
（典型的に、２.４５ＧＨｚのＩＳＭ周波数）である。
数は、リアクタで行われていることに関して大きく影響
する。コリンズ（Collins）らの米国特許第５３００４
６０号によると、このようなリアクタに使用される励起
周波数は、低周波数（ＬＦ）（１０−４００ＫＨｚ）、
高周波数（ＨＦ）（１３−４０ＭＨｚ（典型的に、１
３.５６ＭＨｚのＩＳＭ周波数））、高高周波数（ＶＨ
Ｆ）（５０−８００ＭＨｚ）、及びマイクロ波周波数
（典型的に、２.４５ＧＨｚのＩＳＭ周波数）である。
【０００９】各周波数帯が、特定の処理に望まれ得るか
否かであるプラズマでの異なった物理的現象を引き起こ
す。ＬＦ励起は、周波数が十分に低く、電子及びイオン
が、雑音を出す電場によって直接加速される。これは、
高エネルギーイオン及び高プラズマ電位になる。ＨＦ励
起によると、同様の電力レベルのＬＦ信号によって励起
される場合よりも低い電位を有するプラズマの形状とな
る。
否かであるプラズマでの異なった物理的現象を引き起こ
す。ＬＦ励起は、周波数が十分に低く、電子及びイオン
が、雑音を出す電場によって直接加速される。これは、
高エネルギーイオン及び高プラズマ電位になる。ＨＦ励
起によると、同様の電力レベルのＬＦ信号によって励起
される場合よりも低い電位を有するプラズマの形状とな
る。
【００１０】空間電荷層（sheath）電位（以下、シース
電位という）は、プラズマとウエハ、電極、リアクタの
シールド又は壁の間の電位差である。典型的なＨＦのシ
ース電位は、１００Ｖから１０００Ｖを越える範囲にあ
る。シース電位は、ウエハへのイオン加速に直接に応答
可能である。９００ＭＨｚから２.５ＧＨｚの範囲のマ
イクロ波励起は、典型的に１０から３０Ｖの範囲の比較
的低いシース電位でプラズマ形状になる。
電位という）は、プラズマとウエハ、電極、リアクタの
シールド又は壁の間の電位差である。典型的なＨＦのシ
ース電位は、１００Ｖから１０００Ｖを越える範囲にあ
る。シース電位は、ウエハへのイオン加速に直接に応答
可能である。９００ＭＨｚから２.５ＧＨｚの範囲のマ
イクロ波励起は、典型的に１０から３０Ｖの範囲の比較
的低いシース電位でプラズマ形状になる。
【００１１】二重周波数システムは、第１及び第２のＲ
Ｆ周波数がそれぞれ印加される第１及び第２の電力を受
ける電極（以下、パワー電極という）を有し、一般に、
プラズマを支配的に制御し、プラズマに電力を与えるた
めに、ウエハから距離をおいたところにある第１のパワ
ー電極に第１のＲＦ周波数を印加し、このとき、第２の
ＲＦ周波数が、ウエハにある第２のパワー電極とプラズ
マとの間のシース電位を制御するために、ウエハのバイ
アスを与える。このようなシステムでは、ＲＦは通常、
容量結合システムとともに第２のパワー電極（ウエハ）
に結合される。この容量結合システムは、ウエハに対し
て自己誘導ＤＣバイアスの形状を達成する。このメカニ
ズムは、当業者には周知のとおり、ウエハのシース電位
を対面するパワー電極のシース電位とは独立的に制御で
きる。これは、十分なエッチングがウエハでは望まれる
が、機器の固定部分を一般に形成する対向するパワー電
極では望まれず、このようなエッチングが機器に損傷を
与えたり、チャンバーを汚染するために、非常に重要な
ことである。
Ｆ周波数がそれぞれ印加される第１及び第２の電力を受
ける電極（以下、パワー電極という）を有し、一般に、
プラズマを支配的に制御し、プラズマに電力を与えるた
めに、ウエハから距離をおいたところにある第１のパワ
ー電極に第１のＲＦ周波数を印加し、このとき、第２の
ＲＦ周波数が、ウエハにある第２のパワー電極とプラズ
マとの間のシース電位を制御するために、ウエハのバイ
アスを与える。このようなシステムでは、ＲＦは通常、
容量結合システムとともに第２のパワー電極（ウエハ）
に結合される。この容量結合システムは、ウエハに対し
て自己誘導ＤＣバイアスの形状を達成する。このメカニ
ズムは、当業者には周知のとおり、ウエハのシース電位
を対面するパワー電極のシース電位とは独立的に制御で
きる。これは、十分なエッチングがウエハでは望まれる
が、機器の固定部分を一般に形成する対向するパワー電
極では望まれず、このようなエッチングが機器に損傷を
与えたり、チャンバーを汚染するために、非常に重要な
ことである。
【００１２】このことから、二重周波数システムは、プ
ラズマの一層高いイオン密度を可能とし、このプラズマ
の高密度イオンが、ウエハへの高イオンフラックスとな
る一方、バイアスＲＦ供給によって独立的に制御される
ウエハにおけるシース電位を可能にする。これは、エッ
チング速度に大きく影響する（通常、高密度イオンが、
高エッチング速度になる）。よって、バイアスＲＦ供給
が、プラズマＲＦ供給とは独立的に、ウエハへ射突する
イオンのエネルギーを制御する。
ラズマの一層高いイオン密度を可能とし、このプラズマ
の高密度イオンが、ウエハへの高イオンフラックスとな
る一方、バイアスＲＦ供給によって独立的に制御される
ウエハにおけるシース電位を可能にする。これは、エッ
チング速度に大きく影響する（通常、高密度イオンが、
高エッチング速度になる）。よって、バイアスＲＦ供給
が、プラズマＲＦ供給とは独立的に、ウエハへ射突する
イオンのエネルギーを制御する。
【００１３】三極管の周知のものであって、これは、二
極管リアクタよりも一層の柔軟性を与える。典型的に、
上方の電極に１３.５６ＭＨｚのＲＦ源を与え、下方の
電極に１００から４５０ＫＨｚのＲＦ源を与えるように
配列され、下方の電極に処理されるウエハが取り付けら
れる。このようなリアクタは、比較的高いシース電位を
有する比較的低密度のプラズマを与える。
極管リアクタよりも一層の柔軟性を与える。典型的に、
上方の電極に１３.５６ＭＨｚのＲＦ源を与え、下方の
電極に１００から４５０ＫＨｚのＲＦ源を与えるように
配列され、下方の電極に処理されるウエハが取り付けら
れる。このようなリアクタは、比較的高いシース電位を
有する比較的低密度のプラズマを与える。
【００１４】スプリットパワー三極管リアクタが、電力
ドライバーに印加される典型的に１３.５６ＭＨｚの単
一のＲＦ源を使用する。ＲＦエネルギーは、上方及び下
方の電極に印加される。ＲＦ信号の相対的な位相は、相
対的な電力レベルに従って変化する。エッチング感度及
び基板温度が、２個のＲＦ信号の相対位相を変化させる
ことによって効率的に調節される。
ドライバーに印加される典型的に１３.５６ＭＨｚの単
一のＲＦ源を使用する。ＲＦエネルギーは、上方及び下
方の電極に印加される。ＲＦ信号の相対的な位相は、相
対的な電力レベルに従って変化する。エッチング感度及
び基板温度が、２個のＲＦ信号の相対位相を変化させる
ことによって効率的に調節される。
【００１５】電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）リアク
タも周知のものであって、これは比較的高イオン密度を
与える。このようなリアクタは、典型的に、マイクロ波
電源とソレノイドとを使用し、ソレノイドの軸線に沿っ
てプラズマを形成する。ソレノイドの軸線に沿った磁場
が電子を収容し、共振周波数でこの軸線の周りを周回す
る（ここで、共振周波数は、ソレノイドによる磁場強度
に従う）。在来のＲＦ源は、一般に、ウエハ電極に容量
結合し、ウエハでイオンエネルギーを制御する。このシ
ステムは、マイクロ波励起のため、一般に低いシース電
位を与えるが、増大される１３.５６ＭＨｚ励起の応用
で改善した異方性のために、シース電位を増大するよう
にされる。
タも周知のものであって、これは比較的高イオン密度を
与える。このようなリアクタは、典型的に、マイクロ波
電源とソレノイドとを使用し、ソレノイドの軸線に沿っ
てプラズマを形成する。ソレノイドの軸線に沿った磁場
が電子を収容し、共振周波数でこの軸線の周りを周回す
る（ここで、共振周波数は、ソレノイドによる磁場強度
に従う）。在来のＲＦ源は、一般に、ウエハ電極に容量
結合し、ウエハでイオンエネルギーを制御する。このシ
ステムは、マイクロ波励起のため、一般に低いシース電
位を与えるが、増大される１３.５６ＭＨｚ励起の応用
で改善した異方性のために、シース電位を増大するよう
にされる。
【００１６】誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタは、
一般に、コイル、ソレノイド又は同様の誘導メカニズム
の手段によってＲＦ電力供給からのＲＦをプラズマに結
合することによって動作する。従来のＩＣＰリアクタ１
００が、図４に示される。真空チャンバー１０２が、真
空チャンバー１０２内のガス環境を制御するためのアル
ゴンガス供給１０６及び真空ポンプ１０４と連通してい
る。誘導結合コイル１０８が、真空チャンバー１０２付
近に配置され、ＲＦマッチングネットワーク１１２を会
してＲＦ電源１１０から電力を受ける。バイアスＲＦ電
源１１４が、ＲＦマッチングネットワーク１１８を会し
てウエハテーブル（パワー電極）１１６に容量結合され
る。エッチングされるウエハ１２０は、ウエハテーブル
１１６に配置される。
一般に、コイル、ソレノイド又は同様の誘導メカニズム
の手段によってＲＦ電力供給からのＲＦをプラズマに結
合することによって動作する。従来のＩＣＰリアクタ１
００が、図４に示される。真空チャンバー１０２が、真
空チャンバー１０２内のガス環境を制御するためのアル
ゴンガス供給１０６及び真空ポンプ１０４と連通してい
る。誘導結合コイル１０８が、真空チャンバー１０２付
近に配置され、ＲＦマッチングネットワーク１１２を会
してＲＦ電源１１０から電力を受ける。バイアスＲＦ電
源１１４が、ＲＦマッチングネットワーク１１８を会し
てウエハテーブル（パワー電極）１１６に容量結合され
る。エッチングされるウエハ１２０は、ウエハテーブル
１１６に配置される。
【００１７】電力をリアクタのプラズマに与えるための
色々の配列が説明されたが、リアクタの改善、特に、シ
ース電位やプラズマ密度を独立的に制御して、プラズマ
ＲＦパワー電極とプラズマとの間で低いシース電位で高
いプラズマ密度を達成するものである。
色々の配列が説明されたが、リアクタの改善、特に、シ
ース電位やプラズマ密度を独立的に制御して、プラズマ
ＲＦパワー電極とプラズマとの間で低いシース電位で高
いプラズマ密度を達成するものである。
【００１８】［発明の目的］したがって、本発明の目的
は、新規な二重周波数容量結合三極管プラズマリアクタ
を提供することである。
は、新規な二重周波数容量結合三極管プラズマリアクタ
を提供することである。
【００１９】本発明の他の目的は、プラズマに接触する
か又は極接近した上部の電極又はリアクタ内部の他の表
面でのエッチングが全くないか又は少しだけ起こるが、
比較的高いイオン密度（１０11イオン／ｃｃのオーダ
ー）のプラズマが形成されるように、比較的低い正電位
で高電力をプラズマに与えることができる二重周波数容
量結合三極管プラズマリアクタを提供することである。
か又は極接近した上部の電極又はリアクタ内部の他の表
面でのエッチングが全くないか又は少しだけ起こるが、
比較的高いイオン密度（１０11イオン／ｃｃのオーダ
ー）のプラズマが形成されるように、比較的低い正電位
で高電力をプラズマに与えることができる二重周波数容
量結合三極管プラズマリアクタを提供することである。
【００２０】本発明の他の目的は、ウエハ基板をバイア
スするためにＨＦのＲＦ信号を利用し、プラズマを励起
するためにＶＨＦのＲＦ信号を利用する二重周波数容量
結合三極管プラズマリアクタを提供することである。
スするためにＨＦのＲＦ信号を利用し、プラズマを励起
するためにＶＨＦのＲＦ信号を利用する二重周波数容量
結合三極管プラズマリアクタを提供することである。
【００２１】本発明のその他の目的は、ウエハ直径にわ
たってエッチイング速度を一層一様にするために、プラ
ズマ駆動ＲＦ源に結合した所定形状のパワー電極を有す
る二重周波数容量結合三極管プラズマリアクタを提供す
ることである。
たってエッチイング速度を一層一様にするために、プラ
ズマ駆動ＲＦ源に結合した所定形状のパワー電極を有す
る二重周波数容量結合三極管プラズマリアクタを提供す
ることである。
【００２２】本発明のその他の目的は、ウエハ基板をバ
イアスするために、約１３.５６ＭＨＺでＨＦのＲＦ信
号を利用し、プラズマを励起するために、約６０ＭＨｚ
でＶＨＦのＲＦ信号を利用する二重周波数容量結合三極
管プラズマリアクタを提供することである。
イアスするために、約１３.５６ＭＨＺでＨＦのＲＦ信
号を利用し、プラズマを励起するために、約６０ＭＨｚ
でＶＨＦのＲＦ信号を利用する二重周波数容量結合三極
管プラズマリアクタを提供することである。
【００２３】これら及び他の多くの本発明の目的及び利
点が、発明の詳細な説明及び添付の図面によって当業者
に明らかであろう。
点が、発明の詳細な説明及び添付の図面によって当業者
に明らかであろう。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明は、物質処理用二
重周波数容量結合プラズマ装置に関する。本発明の第１
の形態によると、二重周波数三極管リアクタが、第１の
パワー電極に容量結合したＶＨＦ（３０から３００ＭＨ
ｚ）プラズマＲＦ電力供給と、第２のパワー電極に容量
結合したＨＦ（０.１から３０ＭＨｚ）プラズマＲＦ電
力供給とを含み、ウエハが、第２のパワーリアクタ電極
に取り付けられ、ウエハで自己誘導ＤＣバイアス電圧の
独立的に形成されている。ＶＨＦ電力供給は、第１のパ
ワー電極とプラズマとの間の小さいシース電圧で急速な
エッチング／堆積のため、低いシース電位、高密度プラ
ズマの生成及び制御のために使用され、ＨＦ電力供給
は、イオンエネルギーを独立的に制御するため、第２の
パワー電極（ウエハ基板）にＤＣバイアスを与えるため
に使用される。
重周波数容量結合プラズマ装置に関する。本発明の第１
の形態によると、二重周波数三極管リアクタが、第１の
パワー電極に容量結合したＶＨＦ（３０から３００ＭＨ
ｚ）プラズマＲＦ電力供給と、第２のパワー電極に容量
結合したＨＦ（０.１から３０ＭＨｚ）プラズマＲＦ電
力供給とを含み、ウエハが、第２のパワーリアクタ電極
に取り付けられ、ウエハで自己誘導ＤＣバイアス電圧の
独立的に形成されている。ＶＨＦ電力供給は、第１のパ
ワー電極とプラズマとの間の小さいシース電圧で急速な
エッチング／堆積のため、低いシース電位、高密度プラ
ズマの生成及び制御のために使用され、ＨＦ電力供給
は、イオンエネルギーを独立的に制御するため、第２の
パワー電極（ウエハ基板）にＤＣバイアスを与えるため
に使用される。
【００２５】本発明の第２の形態によると、所定形状の
上方のパワー電極（この外縁にほぼ円錐形状をもつ）
が、ウエハの直径にわたってより一層一様なエッチング
を与えるために使用される。
上方のパワー電極（この外縁にほぼ円錐形状をもつ）
が、ウエハの直径にわたってより一層一様なエッチング
を与えるために使用される。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１に、半導体デバイス及び平坦
表示板を処理するための二重周波数プラズマリアクタ１
０が示される。６０ＭＨｚのＲＦ電力生成器１２が使用
され、真空チャンバー１４内で低電位／高密度（１０11
イオン／ｃｃ）プラズマを生成する。低周波数１３.５
６ＭＨｚのＲＦ生成器１６が使用され、処理されるウエ
ハ１８の基板をバイアスする。このシステムは、２００
ｍｍのＳｉＯ2コーテイングウエハのエッチングに使用
される。このリアクタは、上方の電極２０（「第１のパ
ワー電極」）と下方の電極（「第２のパワー電極」）と
を有する平行板リアクタである。６０ＭＨｚのＲＦは、
上方の電極２０に印加され、１３.５６ＭＨｚのＲＦが
下方の電極２２に印加される。上方の電極２０の形状
は、米国特許出願第４７６９６６号に従ったものが好適
であるが、これに制限されない。このような電極２０の
形状は、ウエハ表面にわたって一層一様にエッチングを
行うことができる。図３に、異なる６０ＭＨｚ電力レベ
ルの１３.５６ＭＨｚ自己誘導ＤＣバイアスに対するＳ
ｉＯ2エッチング速度の関係がプロットされている。約
１.２ｍＴの低圧での５００Å／分以上のスパッタエッ
チング速度及び約２００ＶＤＣ以下の低バイアス状態が
このデバイスで達成され、最も効率的な半導体処理応用
に要求されるイオンの高密度を示している。リアクタの
目視検査では、上部の電極２０にエッチングが全く無か
った。これは、６０ＭＨｚで生成された低電位プラズマ
の結果である。
表示板を処理するための二重周波数プラズマリアクタ１
０が示される。６０ＭＨｚのＲＦ電力生成器１２が使用
され、真空チャンバー１４内で低電位／高密度（１０11
イオン／ｃｃ）プラズマを生成する。低周波数１３.５
６ＭＨｚのＲＦ生成器１６が使用され、処理されるウエ
ハ１８の基板をバイアスする。このシステムは、２００
ｍｍのＳｉＯ2コーテイングウエハのエッチングに使用
される。このリアクタは、上方の電極２０（「第１のパ
ワー電極」）と下方の電極（「第２のパワー電極」）と
を有する平行板リアクタである。６０ＭＨｚのＲＦは、
上方の電極２０に印加され、１３.５６ＭＨｚのＲＦが
下方の電極２２に印加される。上方の電極２０の形状
は、米国特許出願第４７６９６６号に従ったものが好適
であるが、これに制限されない。このような電極２０の
形状は、ウエハ表面にわたって一層一様にエッチングを
行うことができる。図３に、異なる６０ＭＨｚ電力レベ
ルの１３.５６ＭＨｚ自己誘導ＤＣバイアスに対するＳ
ｉＯ2エッチング速度の関係がプロットされている。約
１.２ｍＴの低圧での５００Å／分以上のスパッタエッ
チング速度及び約２００ＶＤＣ以下の低バイアス状態が
このデバイスで達成され、最も効率的な半導体処理応用
に要求されるイオンの高密度を示している。リアクタの
目視検査では、上部の電極２０にエッチングが全く無か
った。これは、６０ＭＨｚで生成された低電位プラズマ
の結果である。
【００２７】丁度６０ＭＨｚのＶＨＦのＲＦ信号に代え
て、約３０から約３００ＭＨｚの範囲のＶＨＦ信号もま
た、同様の結果を達成するように働くであろう。同様
に、ＨＦのＲＦ信号が、丁度１３.５６ＭＨｚであるこ
とを要せず、約０.１ＭＨｚ（１００ＫＨｚ）から約３
０ＭＨｚの範囲で印加され、同様の結果を得ることがで
きる。選択される周波数は、国際的に認められた産業／
科学／医学（ＩＳＭ）装置の周波数及び／又は商業用Ｒ
Ｆ電力供給の出力周波数と一致するように選択される。
ＶＨＦ信号が、この装置に適している。これは、この範
囲にある周波数が、（1）反応基へのエッチングガスの
分解、及び（2）プラズマの開始において低周波数より
も効率的であるからである。同一の結果を達成するため
に要する圧力は低く、より良好な異方性エッチングが可
能なプラズマでのイオンの平均自由経路をより長くな
る。ＶＨＦ信号が一層高い周波数よりも好適である。こ
れは、十分な電力レベルを生成し、ＶＨＦ以上の周波数
で両者を結合することが、より困難であり、しかもコス
トがかかるからである。
て、約３０から約３００ＭＨｚの範囲のＶＨＦ信号もま
た、同様の結果を達成するように働くであろう。同様
に、ＨＦのＲＦ信号が、丁度１３.５６ＭＨｚであるこ
とを要せず、約０.１ＭＨｚ（１００ＫＨｚ）から約３
０ＭＨｚの範囲で印加され、同様の結果を得ることがで
きる。選択される周波数は、国際的に認められた産業／
科学／医学（ＩＳＭ）装置の周波数及び／又は商業用Ｒ
Ｆ電力供給の出力周波数と一致するように選択される。
ＶＨＦ信号が、この装置に適している。これは、この範
囲にある周波数が、（1）反応基へのエッチングガスの
分解、及び（2）プラズマの開始において低周波数より
も効率的であるからである。同一の結果を達成するため
に要する圧力は低く、より良好な異方性エッチングが可
能なプラズマでのイオンの平均自由経路をより長くな
る。ＶＨＦ信号が一層高い周波数よりも好適である。こ
れは、十分な電力レベルを生成し、ＶＨＦ以上の周波数
で両者を結合することが、より困難であり、しかもコス
トがかかるからである。
【００２８】図１を参照して、６０ＭＨｚのＲＦ生成器
１２からの６０ＭＨｚのＲＦ信号が、６０ＭＨｚのマッ
チボックス２６へと同軸ケーブル２４で送られる。６０
ＭＨｚのマッチボックス２６は、バイアス表示及び６０
ＭＨｚのマッチボックス制御器２８によって、在来の手
段（バイアス電圧をフロートにする固定電力出力）で制
御及びモニタされる。６０ＭＨｚのマッチボックス２６
は、好適に、同軸ケーブル２４のインピーダンスと、連
続バイアス上の上方の電極２０によるインピーダンスと
を合致させるフィードバック制御下にある自動マッチン
グネットワークである。このタイプのマッチングネット
ワークは周知のものであり、ここではその説明を省く。
１２からの６０ＭＨｚのＲＦ信号が、６０ＭＨｚのマッ
チボックス２６へと同軸ケーブル２４で送られる。６０
ＭＨｚのマッチボックス２６は、バイアス表示及び６０
ＭＨｚのマッチボックス制御器２８によって、在来の手
段（バイアス電圧をフロートにする固定電力出力）で制
御及びモニタされる。６０ＭＨｚのマッチボックス２６
は、好適に、同軸ケーブル２４のインピーダンスと、連
続バイアス上の上方の電極２０によるインピーダンスと
を合致させるフィードバック制御下にある自動マッチン
グネットワークである。このタイプのマッチングネット
ワークは周知のものであり、ここではその説明を省く。
【００２９】上方の電極２０は、従来技術で使用される
ような単一の伝導性平板（図示せず）から成ってもよい
が、好適には、ウエハの直径にわたって一様なエッチン
グを行うために設計された所定形状の電極から成る。よ
って、上方の電極２０は、アクチブパワー電極部分３０
と、選択的フロート電極部分３２とから成り、選択的フ
ロート電極部分３２は、アクチブパワー電極部分３０に
直接には接続されていない。アクチブパワー電極部分３
０は、好適に、部分３４にわたって円錐状の伝導体であ
り、より好適には、図示のように、その中心部に上向き
の逆円錐状の伝導部分３６を含む。このような配列（円
錐形状（図６）、中心部に逆円錐を有する円錐形状（図
７）、及び中心部に平坦部分を有する円錐形状（図
８））によると、同様の条件下では、平板の電極による
よりも、より一層一様なエッチング速度がウエハ直径に
わたって得られる。
ような単一の伝導性平板（図示せず）から成ってもよい
が、好適には、ウエハの直径にわたって一様なエッチン
グを行うために設計された所定形状の電極から成る。よ
って、上方の電極２０は、アクチブパワー電極部分３０
と、選択的フロート電極部分３２とから成り、選択的フ
ロート電極部分３２は、アクチブパワー電極部分３０に
直接には接続されていない。アクチブパワー電極部分３
０は、好適に、部分３４にわたって円錐状の伝導体であ
り、より好適には、図示のように、その中心部に上向き
の逆円錐状の伝導部分３６を含む。このような配列（円
錐形状（図６）、中心部に逆円錐を有する円錐形状（図
７）、及び中心部に平坦部分を有する円錐形状（図
８））によると、同様の条件下では、平板の電極による
よりも、より一層一様なエッチング速度がウエハ直径に
わたって得られる。
【００３０】完璧に一様なエッチングは実用上困難であ
るが、深度「Ｚ］の完璧に一様なエッチングは、各々の
点において正確に「Ｚ］の距離の薄さだけ残るであろ
う。ここで使用される差分エッチングプロファイルは、
図９から図１１に示すように、ＰＲＯＭＥＴＲＩＸ（ｔ
ｍ）ＳｐｅｃｔｒａＭａｐ（ｔｍ）ＳＭ２００（ｔｍ）
によってつくられたプロファイルを参照する。差分エッ
チングプロファイルは、エッチング前後のウエハを見
て、全ての非一様性を示す。完璧なエッチングが、差分
エッチングプロファイル上の０（ゼロ）において平坦な
線を示すであろう。本発明の一様なエッチングの特徴を
示す幾つかの実験が図９、１０及び１１に示される。図
９から図１１では、図１に示すようなリアクタが使用さ
れた。図１とは別のものでも大きな差はない。図９は、
平行板リアクタの差分エッチングプロファイルを示す。
この特定的な場合では、「Ｗ］及び「Ｘ］の寸法（図１
に示す）が、それぞれ、１０.５インチ及び５.９インチ
であった。このような場合のエッチングの結果は、一般
に良くない。図１０は、図６（円錐）の所定形状の上部
のパワー電極を使用するリアクタの差分エッチングプロ
ファイルを示す。この特定的な場合では、「Ｗ］が１
０.５インチ、「Ｘ］が４.４インチであり、円錐の高さ
「Ｈ］が１.７インチであった。この場合のエッチング
の結果は良好であった。図１１は、図７（逆円錐部分を
有する円錐）の所定形状の上部のパワー電極を使用する
リアクタの差分エッチングプロファイルを示す。この特
定的な場合では、「Ｗ］が１０.５インチ、「Ｘ］が４.
４インチ、「Ｈ］が１.７インチ、「Ｌ］が０.９インチ
であった。この場合のエッチング結果は、非常に良好で
あった。図６、７及び８のパワー電極の設計が、２個の
パワー電極表面の間の幾何学的距離に関して第２のパワ
ー電極近いところの領域のプラズマ密度を低減するよう
に働くと考えられ、その結果、平行板リアクタの差分エ
ッチングプロファイルのほぼ逆の形状の電極の形状が、
エッチングプロファイルを一層一様にするように働く。
よって、円錐形状が、本発明の範囲から逸脱せずに、こ
の形状を丸める等ように、やや変更されてもよい。
るが、深度「Ｚ］の完璧に一様なエッチングは、各々の
点において正確に「Ｚ］の距離の薄さだけ残るであろ
う。ここで使用される差分エッチングプロファイルは、
図９から図１１に示すように、ＰＲＯＭＥＴＲＩＸ（ｔ
ｍ）ＳｐｅｃｔｒａＭａｐ（ｔｍ）ＳＭ２００（ｔｍ）
によってつくられたプロファイルを参照する。差分エッ
チングプロファイルは、エッチング前後のウエハを見
て、全ての非一様性を示す。完璧なエッチングが、差分
エッチングプロファイル上の０（ゼロ）において平坦な
線を示すであろう。本発明の一様なエッチングの特徴を
示す幾つかの実験が図９、１０及び１１に示される。図
９から図１１では、図１に示すようなリアクタが使用さ
れた。図１とは別のものでも大きな差はない。図９は、
平行板リアクタの差分エッチングプロファイルを示す。
この特定的な場合では、「Ｗ］及び「Ｘ］の寸法（図１
に示す）が、それぞれ、１０.５インチ及び５.９インチ
であった。このような場合のエッチングの結果は、一般
に良くない。図１０は、図６（円錐）の所定形状の上部
のパワー電極を使用するリアクタの差分エッチングプロ
ファイルを示す。この特定的な場合では、「Ｗ］が１
０.５インチ、「Ｘ］が４.４インチであり、円錐の高さ
「Ｈ］が１.７インチであった。この場合のエッチング
の結果は良好であった。図１１は、図７（逆円錐部分を
有する円錐）の所定形状の上部のパワー電極を使用する
リアクタの差分エッチングプロファイルを示す。この特
定的な場合では、「Ｗ］が１０.５インチ、「Ｘ］が４.
４インチ、「Ｈ］が１.７インチ、「Ｌ］が０.９インチ
であった。この場合のエッチング結果は、非常に良好で
あった。図６、７及び８のパワー電極の設計が、２個の
パワー電極表面の間の幾何学的距離に関して第２のパワ
ー電極近いところの領域のプラズマ密度を低減するよう
に働くと考えられ、その結果、平行板リアクタの差分エ
ッチングプロファイルのほぼ逆の形状の電極の形状が、
エッチングプロファイルを一層一様にするように働く。
よって、円錐形状が、本発明の範囲から逸脱せずに、こ
の形状を丸める等ように、やや変更されてもよい。
【００３１】全ての場合、上方の電極に、クリーニング
を必要とする前にエッチング物質を電極に堆積させるた
めに微小孔を設けることが好適であるが、このような微
小孔を設けなくてもよい（例えば、米国特許出願番号第
４７４５９１号を参照）。リアクタ１４はまた、周知の
リアクタプラズマ包囲シールド３８、４０を含む。バル
ブ４２が、ライン４４からのアルゴンガス（プラズマ形
成用）の供給を制御する。
を必要とする前にエッチング物質を電極に堆積させるた
めに微小孔を設けることが好適であるが、このような微
小孔を設けなくてもよい（例えば、米国特許出願番号第
４７４５９１号を参照）。リアクタ１４はまた、周知の
リアクタプラズマ包囲シールド３８、４０を含む。バル
ブ４２が、ライン４４からのアルゴンガス（プラズマ形
成用）の供給を制御する。
【００３２】ウエハテーブル４６が、在来の方法でウエ
ハ１８を支持し、セラミック絶縁体４８によって金属
（及び電気的伝導性）真空チャンバー１４から分離され
る。ウエハテーブル４６の下方は、１３.５６ＭＨｚの
マッチボックス５０であり、１３.５６ＭＨｚのマッチ
ボックス５０は、６０ＭＨｚのマッチボックス２６と全
く同一に動作する。ブロックコンデンサーが含まれ、Ｒ
Ｆ信号を印加した基板でのＤＣバイアスの達成を支援す
る。
ハ１８を支持し、セラミック絶縁体４８によって金属
（及び電気的伝導性）真空チャンバー１４から分離され
る。ウエハテーブル４６の下方は、１３.５６ＭＨｚの
マッチボックス５０であり、１３.５６ＭＨｚのマッチ
ボックス５０は、６０ＭＨｚのマッチボックス２６と全
く同一に動作する。ブロックコンデンサーが含まれ、Ｒ
Ｆ信号を印加した基板でのＤＣバイアスの達成を支援す
る。
【００３３】１３.５６ＭＨｚのＲＦ生成器１６が、送
信ライン５２のＲｆ信号を１３.５６ＭＨｚのマッチボ
ックスに与える。１３.５６ＭＨｚのマッチボックス
は、送信ライン５２と下方の電極２２との間のインピー
ダンスの差を全て自動的に調節する。バイアス表示及び
１３.５６ＭＨｚのマッチボックス制御器５４が、在来
の方法で、１３.５６ＭＨｚのマッチボックスの制御を
する。
信ライン５２のＲｆ信号を１３.５６ＭＨｚのマッチボ
ックスに与える。１３.５６ＭＨｚのマッチボックス
は、送信ライン５２と下方の電極２２との間のインピー
ダンスの差を全て自動的に調節する。バイアス表示及び
１３.５６ＭＨｚのマッチボックス制御器５４が、在来
の方法で、１３.５６ＭＨｚのマッチボックスの制御を
する。
【００３４】図３に、本発明に従った二重周波数容量結
合三極管リアクタの１.２ｍＴアルゴンの電力を印加し
た異なった６０ＭＨｚのＳｉＯ２エッチング速度対ＤＣ
バイアスのグラフが示される。６個の実際のデータ点が
示される。「第１実行例」は点５６及び５８からなる。
この実行例は、６０ＭＨｚ、２０００ワットの印加電力
レベルでなされた。点５６では、１３.５６ＭＨｚの印
加電力レベルが５００ワットであり、点５８では、それ
が８００ワットである。エッチング速度は、約１２００
Å／分から約１４００Å／分の範囲にある。
合三極管リアクタの１.２ｍＴアルゴンの電力を印加し
た異なった６０ＭＨｚのＳｉＯ２エッチング速度対ＤＣ
バイアスのグラフが示される。６個の実際のデータ点が
示される。「第１実行例」は点５６及び５８からなる。
この実行例は、６０ＭＨｚ、２０００ワットの印加電力
レベルでなされた。点５６では、１３.５６ＭＨｚの印
加電力レベルが５００ワットであり、点５８では、それ
が８００ワットである。エッチング速度は、約１２００
Å／分から約１４００Å／分の範囲にある。
【００３５】「第２実行例」は、点６０及び６２からな
る。この実行例は、６０ＭＨｚ、１５００ワットの印加
電力レベルでなされた。１３.５６ＭＨｚの電力レベル
は、５００ワットから８００ワットの範囲にあった。エ
ッチング速度は、約９５０Å／分から約１３００Å／分
の範囲にあった。
る。この実行例は、６０ＭＨｚ、１５００ワットの印加
電力レベルでなされた。１３.５６ＭＨｚの電力レベル
は、５００ワットから８００ワットの範囲にあった。エ
ッチング速度は、約９５０Å／分から約１３００Å／分
の範囲にあった。
【００３６】「第３実行例」は、点６４及び６６からな
る。この実行例は、６０ＭＨｚ、１０００ワットの印加
電力レベルでなされた。１３.５６ＭＨｚの電力レベル
は、１６０ワットから５００ワットの範囲にあった。エ
ッチング速度は、約３２５Å／分から約８５０Å／分の
範囲にあった。
る。この実行例は、６０ＭＨｚ、１０００ワットの印加
電力レベルでなされた。１３.５６ＭＨｚの電力レベル
は、１６０ワットから５００ワットの範囲にあった。エ
ッチング速度は、約３２５Å／分から約８５０Å／分の
範囲にあった。
【００３７】よって、例えば、図３からわかるように、
１０００ワットの６０ＭＨｚの電力における２００ＶＤ
ＣのウエハＤＣバイアスが与えられたとき、そのエッチ
ング速度は、約５５０Å／分であり、１５００ワットで
は、約７５０Å／分であると予測され、さらに、２００
０ワットでは、約１２５０Å／分である。したがって、
本発明の三極管リアクタでは、上部の電極へのＶＨＦ電
力を制御することが、与えられたウエハＤＣバイアスに
対するエッチング速度及びプラズマ密度を制御する。
１０００ワットの６０ＭＨｚの電力における２００ＶＤ
ＣのウエハＤＣバイアスが与えられたとき、そのエッチ
ング速度は、約５５０Å／分であり、１５００ワットで
は、約７５０Å／分であると予測され、さらに、２００
０ワットでは、約１２５０Å／分である。したがって、
本発明の三極管リアクタでは、上部の電極へのＶＨＦ電
力を制御することが、与えられたウエハＤＣバイアスに
対するエッチング速度及びプラズマ密度を制御する。
【００３８】図５に、本発明に従った二重周波数容量結
合三極管リアクタの上部の電極の自己誘導バイアス（Ｄ
Ｃボルト）と、印加した６０ＭＨｚプラズマ駆動電力
（ワット）とのプロットが示される。点６８は、＋１１
０ＶＤＣの上部の電極バイアスに対する１３.５６ＭＨ
ｚ、１６０ワットの印加電力レベル及び６０ＭＨｚ、１
０００ワットの印加電力レベルのものである。点７０
は、＋１０２ＶＤＣの上部の電極バイアスに対する１
３.５６ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベル及び６
０ＭＨｚ、１０００ワットの印加電力レベルのものであ
る。点７２は、＋１２ＶＤＣの上部の電極バイアスに対
する１３.５６ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベル
及び６０ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベルのもの
である。点７４は、＋９ＶＤＣの上部の電極バイアスに
対する１３.５６ＭＨｚ、１２０ワットの印加電力レベ
ル及び６０ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベルのも
のである。このことから、各々の場合、上部の電極バイ
アスは、この形状でのプラズマ電位に対して相対的にや
や低い。よって、プラズマによる十分な上部の電極のエ
ッチングはなく、これは、検査によって確認された。
合三極管リアクタの上部の電極の自己誘導バイアス（Ｄ
Ｃボルト）と、印加した６０ＭＨｚプラズマ駆動電力
（ワット）とのプロットが示される。点６８は、＋１１
０ＶＤＣの上部の電極バイアスに対する１３.５６ＭＨ
ｚ、１６０ワットの印加電力レベル及び６０ＭＨｚ、１
０００ワットの印加電力レベルのものである。点７０
は、＋１０２ＶＤＣの上部の電極バイアスに対する１
３.５６ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベル及び６
０ＭＨｚ、１０００ワットの印加電力レベルのものであ
る。点７２は、＋１２ＶＤＣの上部の電極バイアスに対
する１３.５６ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベル
及び６０ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベルのもの
である。点７４は、＋９ＶＤＣの上部の電極バイアスに
対する１３.５６ＭＨｚ、１２０ワットの印加電力レベ
ル及び６０ＭＨｚ、５００ワットの印加電力レベルのも
のである。このことから、各々の場合、上部の電極バイ
アスは、この形状でのプラズマ電位に対して相対的にや
や低い。よって、プラズマによる十分な上部の電極のエ
ッチングはなく、これは、検査によって確認された。
【００３９】図説により本発明の実施例及び応用が説明
されたが、本発明の概念から逸脱することなく他の多く
の変更物なされることが当業者には明らかであろう。特
に、第１のパワー電極が「上部」又は「上方」電極とし
て参照されたが、図示のようにウエハの処理面を上にせ
ずに、処理面を下にするようにウエハを保持することが
できるように装置の構造を変更できる。デバイスを締付
してこの方位を達成できることは周知である。したがっ
て、本発明は、添付の特許請求の範囲以外に制限される
ことはない。
されたが、本発明の概念から逸脱することなく他の多く
の変更物なされることが当業者には明らかであろう。特
に、第１のパワー電極が「上部」又は「上方」電極とし
て参照されたが、図示のようにウエハの処理面を上にせ
ずに、処理面を下にするようにウエハを保持することが
できるように装置の構造を変更できる。デバイスを締付
してこの方位を達成できることは周知である。したがっ
て、本発明は、添付の特許請求の範囲以外に制限される
ことはない。
【図１】図１は、本発明に従った二重周波数容量結合三
極管リアクタの概略図である。
極管リアクタの概略図である。
【図２】図２は、本発明に従った二重周波数容量結合三
極管リアクタの電気的配線の概略図である。
極管リアクタの電気的配線の概略図である。
【図３】図３は、本発明に従った二重周波数容量結合三
極管リアクタの１.２ｍＴアルゴンの電力を印加した異
なった６０ＭＨｚのＳｉＯ2エッチング速度対ＤＣバイ
アスのグラフである。
極管リアクタの１.２ｍＴアルゴンの電力を印加した異
なった６０ＭＨｚのＳｉＯ2エッチング速度対ＤＣバイ
アスのグラフである。
【図４】従来の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタの
概略図である。
概略図である。
【図５】図５は、本発明に従った二重周波数容量結合三
極管リアクタの上部の電極の自己誘導バイアス（ＤＣボ
ルト）と、印加した６０ＭＨｚプラズマ駆動電力（ワッ
ト）とのプロットである。
極管リアクタの上部の電極の自己誘導バイアス（ＤＣボ
ルト）と、印加した６０ＭＨｚプラズマ駆動電力（ワッ
ト）とのプロットである。
【図６】図６は、本発明の第１の好適実施例に従った第
１のパワー電極の斜視図である。
１のパワー電極の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第２の好適実施例に従った第
１のパワー電極の斜視図である。
１のパワー電極の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第３の好適実施例に従った第
１のパワー電極の斜視図である。
１のパワー電極の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の好適実施例に使用されるよう
な第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロファイ
ルを示す。
な第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロファイ
ルを示す。
【図１０】図１０は、本発明の好適実施例に使用される
ような第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロフ
ァイルを示す。
ような第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロフ
ァイルを示す。
【図１１】図１１は、本発明の好適実施例に使用される
ような第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロフ
ァイルを示す。
ような第１のパワー電極の形状でのエッチングのプロフ
ァイルを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年８月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
フロントページの続き (72)発明者 カロル・エム・ヘラー アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・ホ セ、セネター・ロード2600 (72)発明者 ルミン・リ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタ・ クララ、トレーシー・ドライブ3480
Claims (8)
- 【請求項１】物質処理用容量結合式二重周波数プラズマ
リアクタであって、 真空チャンバー、 前記真空チャンバー内に配置した第１のパワー電極、 前記真空チャンバー内に配置した第２のパワー電極、及
び前記真空チャンバー内の半導体ウエハを前記第２のパ
ワー電極に結合するための手段、から成り、 前記第１のパワー電極が、約３０ＭＨｚから約３００Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＶＨＦのＲＦエネルギ
ー源に結合され、 前記第２のパワー電極が、約０.１ＭＨｚから約３０Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＨＦのＲＦエネルギー
源に結合される、ところのリアクタ。 - 【請求項２】物質処理用容量結合式二重周波数プラズマ
リアクタであって、 真空チャンバー、 前記真空チャンバー内に配置した第１のパワー電極、 前記真空チャンバー内に配置した第２のパワー電極、及
び前記真空チャンバー内の半導体ウエハを前記第２のパ
ワー電極に結合するための手段、から成り、 前記第１のパワー電極が、約６０ＭＨｚの周波数を有す
るＶＨＦのＲＦエネルギー源に結合され、 前記第２のパワー電極が、約１３.５６ＭＨｚの周波数
を有するＨＦのＲＦエネルギー源に結合される、ところ
のリアクタ。 - 【請求項３】物質処理用容量結合式二重周波数プラズマ
リアクタであって、 真空チャンバー、 前記真空チャンバー内に配置した第１のパワー電極、及
び前記真空チャンバー内に配置した第２のパワー電極、
から成り、 前記第１のパワー電極が、約３０ＭＨｚから約３００Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＶＨＦのＲＦエネルギ
ー源に結合され、前記第１のパワー電極の外周に、頂点
を前記第２のパワー電極に向けたほぼ円錐形状を有し、 前記第２のパワー電極が、約０.１ＭＨｚから約３０Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＨＦのＲＦエネルギー
源に結合され、前記第２のパワー電極が、ほぼ平坦な形
状を有し、当該リアクタ内で処理される物質を収容、支
持する、ところのリアクタ。 - 【請求項４】物質処理用容量結合式二重周波数プラズマ
リアクタであって、 真空チャンバー、 前記真空チャンバー内に配置した第１のパワー電極、及
び前記真空チャンバー内に配置した第２のパワー電極、
から成り、 前記第１のパワー電極が、約３０ＭＨｚから約３００Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＶＨＦのＲＦエネルギ
ー源に結合され、前記第１のパワー電極が、前記第１の
パワー電極の外周に配置された頂点を欠いた第１のほぼ
円錐形状部分を含み、前記第１のほぼ円錐形状部分が前
記第２のパワー電極に向かい、 前記第２のパワー電極が、約０.１ＭＨｚから約３０Ｍ
Ｈｚの範囲にある周波数を有するＨＦのＲＦエネルギー
源に結合され、前記第２のパワー電極が、ほぼ平坦な形
状を有し、当該リアクタ内で処理される物質を収容、支
持する、ところのリアクタ。 - 【請求項５】請求項４記載のリアクタであって、 前記第１のパワー電極が、平坦部分から成り、 前記平坦部分が前記第１のパワー電極の中心部にある、
ところのリアクタ。 - 【請求項６】請求項４記載のリアクタであって、 前記第１のパワー電極が、第２のほぼ円錐形状部分から
成り、 前記第２のほぼ円錐形状部分が、配置された前記第２の
パワー電極から遠ざかる方向に向いた頂点を有し、 前記第２のほぼ円錐形状部分が、前記第２のパワー電極
の中心部に実質的に配置され、前記第１のほぼ円錐形状
部分に接続される、ところのリアクタ。 - 【請求項７】シリコンウエハエッチング方法であって、
（a）第１のパワー電極及び第２のパワー電極を有する
真空チャンバー内にシリコンウエハを配置する工程であ
って、前記シリコンウエハが、前記第２のパワー電極に
電気的に接触して配置される、ところの工程、（b）前
記真空チャンバー内にプラズマを形成するために、前記
第１のパワー電極に約３０ＭＨｚから約３００ＭＨｚの
範囲にある周波数を有するＶＨＦのＲＦエネルギー源を
印加する工程、及び（c）前記第２のパワー電極に約０.
１ＭＨｚから約３０ＭＨｚの範囲にある周波数を有する
ＨＦのＲＦエネルギー源を印加する工程であって、前記
シリコンウエハに衝突するプラズマからのイオンエネル
ギーを制御するために、前記シリコンウエハに自己誘導
ＤＣバイアスを与える、ところの工程、から成る方法。 - 【請求項８】シリコンウエハエッチング方法であって、
（a）第１のパワー電極及び第２のパワー電極を有する
真空チャンバー内にシリコンウエハを配置する工程であ
って、前記シリコンウエハが、前記第２のパワー電極に
電気的に接触して配置される、ところの工程、（b）前
記真空チャンバー内にプラズマを形成するために、前記
第１のパワー電極に約３０ＭＨｚから約３００ＭＨｚの
範囲にある周波数を有するＶＨＦのＲＦエネルギー源を
印加する工程、及び（c）前記第２のパワー電極に約０.
１ＭＨｚから約３０ＭＨｚの範囲にある周波数を有する
ＨＦのＲＦエネルギー源を印加する工程であって、前記
シリコンウエハに衝突するプラズマからのイオンエネル
ギーを制御するために、前記シリコンウエハに自己誘導
ＤＣバイアスを与える、ところの工程、から成り、 前記第１のパワー電極が、平行に配列した電極板により
発生するエッチングの非一様性を低減するために選択さ
れた形状を有する、ところの方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/480,369 US5656123A (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Dual-frequency capacitively-coupled plasma reactor for materials processing |
| US480369 | 1995-06-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09120956A true JPH09120956A (ja) | 1997-05-06 |
Family
ID=23907700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8160452A Pending JPH09120956A (ja) | 1995-06-07 | 1996-06-03 | 物質処理用容量結合式二重周波数プラズマリアクタ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5656123A (ja) |
| JP (1) | JPH09120956A (ja) |
| KR (1) | KR970003557A (ja) |
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| JP2021534540A (ja) * | 2018-08-10 | 2021-12-09 | イーグル ハーバー テクノロジーズ, インク.Eagle Harbor Technologies, Inc. | Ｒｆプラズマリアクタ用プラズマシース制御 |
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|---|---|---|---|---|
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