JPH06216078A - ウェハの容量結合放電処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ウェハの容量結合放電処理装置および方法を開
示する。 【構成】ウェハ１４の容量結合放電処理装置において、
電極１０、３０、４０、６０、７０の輪郭および幾何学
的形態は、処理速度の非一様性に応答して、すなわちウ
ェハ１４に関する局部的処理速度を選択的に増大させ、
また減少させるように、構成されうる。例えば、ドーム
形電極１０は、ウェハ１４の外縁部付近の処理速度を増
大させ、ウェハ１４の中央部付近の処理速度を減少させ
るし、また、表面空胴を有する電極４０、６０、７０
は、処理速度の局部的増大を生ぜしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には半導体処理
の分野に関し、特に本発明は、ウェハの容量結合放電処
理装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】容量結合放電は、通常半導体の処理にお
いて使用されている。標準的な構成は、２つの平面的で
平行な電極か、または２つの同軸円筒電極からなる。こ
れらの電極のいずれか、または双方は、無線周波数（Ｒ
Ｆ）源に結合せしめられている。処理されるべきウェハ
は、いずれかの電極上に置かれる。もう１つの電極構成
においては、ＲＦ電力を受ける電極は、設置された平面
的電極に対して垂直に置かれた管であり、処理ガスがこ
の管状電極を経て導入される。

【０００３】このような構成を用いた１つの装置は、磁
気的に増強された反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩ
Ｅ）装置である。標準的な平行板電極構成においては、
実効プラズマ発生体積は、ウェハ上のことごとくの点に
おいて電極間隔により制限される。従って、もしプラズ
マ発生が、磁界の配置によって一様でなければ、行われ
る処理（エッチングまたはデポジション）も一様でなく
なる。非一様性はまた、処理ガスを処理チャンバ内へ一
様に導入しない、または、処理ガスを処理チャンバから
一様に排出しない結果でもありうる。プラズマの非一様
性の副作用には、ウェハの荷電の非一様性によるゲート
酸化物の損傷の増大が含まれる。通常の解決法には、処
理チャンバの大きさの増大と、磁界を変更するための可
動軟鉄スラグの使用とがある。ウェハの大きさが増大し
てきているので、処理チャンバを大きくすることは実際
的な解決法にはならない。軟鉄スラグは、磁界分布を変
化させるために用いられうるが、その結果は完全に満足
できるものではない。

【０００４】プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）装置
もまた上述の電極構成を用い、同様な処理の非一様性の
問題に遭遇する。例えば、管状電極は、処理速度を向上
させるためにプラズマ密度を増大させうるが、プラズマ
領域は一様でない。従って、管状電極は、一様な処理を
実現するためには、ウェハから離して配置されなくては
ならず、これが処理速度を向上させる性質と妥協するこ
とになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上から、ＭＥＲＩＥ
装置およびＰＥＣＶＤ装置の一様性と処理速度とを改善
する電極構成の提供が所望されるようになった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ウェ
ハの容量結合放電処理装置および方法が提供され、これ
は従来の装置および方法に付随していた欠点および問題
を、実質的に解消または減殺する。

【０００７】本発明の１特徴は、ウェハが結合せしめら
れた第１電極が配設され、第２電極が該第１電極から所
定の距離に配置されることである。該第２電極は、該ウ
ェハ上の領域に関して処理速度を変化せしめるための所
定の幾何学的形態を有する。

【０００８】本発明のもう１つの特徴は、ウェハを処理
するための２電極間の容量結合放電の速度を改善する方
法を提供していることである。該ウェハ上の領域に関す
る処理速度がまず決定される。次に、該電極の輪郭およ
び幾何学的形態が、電極の対応領域間の間隔を増大さ
せ、それによって該ウェハ上の選択された領域に関する
処理速度を増大させるように、精密化される。該電極の
輪郭および幾何学的形態は、該電極の対応領域間の間隔
を減少させて、該ウェハ上の選択された領域に関する処
理速度を減少させるように、さらに精密化されうる。

【０００９】本発明のさらにもう１つの特徴は、処理速
度を局部的に増大させるために、電極上に、所定パター
ンをなして配置される空胴が形成されうることである。

【００１０】本発明の重要な技術的利点は、本発明が、
エッチングおよびデポジションのようなウェハ処理のた
めの容量結合ＲＦ放電技術を改良することである。特
に、磁気的に増強されたエッチング処理の一様性と、プ
ラズマ増強化学蒸着の一様性および処理速度と、が改善
される。

【００１１】

【実施例】本発明をさらによく理解するために、添付図
面を参照する。添付図面において、図１は、本発明の教
示するところに従って構成され、全体が１０により指示
されている、輪郭整定電極の特定の実施例を示す。輪郭
整定電極１０は、容量結合放電処理チャンバすなわち反
応器１１内に示されている。輪郭整定電極１０は、ウェ
ハ１４がクランプされているチャック１２に面する。処
理チャンバ１１は、さらに石英カラー１６によって囲ま
れている。Ｏリングシール１８は、処理チャンバ１１を
外部空気から適切に分離する。金属ベース２０は、処理
チャンバ１１を支持するために備えられる。

【００１２】輪郭整定電極１０は、低周波源または高周
波源（図示されていない）のいずれからもＲＦ電力を受
けうる。金属円筒リング２２は、放電の非対称性を変化
させるために、輪郭整定電極１０を取巻いて配置されて
おり、これはウェハ１４上に入射するイオンのエネルギ
ーを変化させる。さらに、リング２２は、半径方向にお
ける電子の損失を減少させ、プラズマ密度を増大させる
のに有効である。リング２２の使用は、任意選択的であ
る。輪郭整定電極１０はさらに、プラズマが処理チャン
バ１１から、処理ガスの出入口２８を経て逃げるのを阻
止するための２つの接地されたワイヤメッシュ２４およ
び２６を含む。大きい出入口２８は、処理チャンバ１１
内に低い動作圧力が実現されるように設けられている。

【００１３】一様でないプラズマの発生を阻止するため
に、実効プラズマ体積は、電極の輪郭を適切に整定する
ことにより、ウェハ上のそれぞれの点上において調節さ
れうる。さらに、１電極の輪郭整定は、プラズマに曝さ
れる２電極の表面積の比に差を導入する。図１は、ドー
ム形電極１０を示し、これはチャンバ１１の外側領域を
取巻くプラズマ体積を効果的に増大させ、ウェハ１４の
外縁部における処理速度をその中央部に対して増大させ
る。このような電極の輪郭整定は、プラズマ発生が磁界
の配置によって極めて一様でなくなりうるＭＥＲＩＥ装
置に対して特に有用である。

【００１４】輪郭整定電極１０の特定の輪郭は、補正さ
れるべき磁界の配置または処理の非一様性に依存する。
磁界がウェハ１４の表面に平行なＭＥＲＩＥ放電に対し
ては、図１に示されているドーム形の設計が、非一様性
の補正に最も効果的である。ＭＥＲＩＥ装置において
は、しばしば磁石アセンブリが、プラズマのＥ×Ｂドリ
フトの効果を阻止するように回転せしめられる。平面状
の逆電極がこのような配置において用いられると、ウェ
ハの中央部における処理速度は、ウェハの縁部における
速度よりかなり高くなる。電極１０のドーム形の輪郭
は、このようにウェハ上における処理速度の非一様性を
効果的に防止する。

【００１５】電極の輪郭は、特定の処理方法または応用
の非一様性に応じて設計されるので、電極の輪郭は、ウ
ェハの表面上の処理速度を効果的に変更して所望の結果
を実現するために適切に整形される。例えば、図３は、
もう１つの実施例の輪郭整定電極３０を示しており、こ
の電極は、さらに大きいプラズマ体積の変化を処理チャ
ンバ１１内に導入する。輪郭整定電極３０内には陥没し
たリング３２が配置され、その領域内に増大したプラズ
マ体積を与える。このようにして構成された輪郭整定電
極は、処理の応用および方法に依存する処理速度の非一
様性を防止するための注文設計の輪郭を有する。さら
に、輪郭整定電極は、もし所望ならば、ウェハ処理に処
理速度の変化を導入するために用いられうる。諸図にお
いて、同じ番号は同じ素子に関しているので、それにつ
いての説明は繰返さない。

【００１６】図４と図５においては、輪郭整定電極の着
想がさらに一歩進められている。半導体処理技術におい
ては、ＲＦ電力を受ける電極内の空胴または穴がプラズ
マを局部的に強化することは公知である。この現象は、
通常、中空陰極効果と呼ばれる。中空陰極効果は、任意
の２つの等電位面が互いに向かい合うときに起こる。こ
れらの面は、互いに向かい合う空胴の壁または平面状電
極でありうる。中空陰極効果は、チャンバ内にホットス
ポットを、またウェハ内に欠陥を生ぜしめるので、本技
術分野においては望ましくない現象として知られてい
る。

【００１７】図４に示されている分布中空陰極４０は、
本質的に多数の空胴または井戸４２─４６を有する平面
状電極である。井戸４２─４６の形状および寸法は、処
理条件に依存する。好ましくは、井戸４２─４６の直径
および深さは、特定の装置におけるプラズマシースの厚
さの少なくとも数倍とする。例えば、１５．２ｃｍ（６
インチ）のウェハを処理するための井戸４２─４６の深
さは０．９５３ｃｍ（３／８インチ）、直径も０．９５
３ｃｍ（３／８インチ）であればよい。さらに、井戸４
２─４６の数および分布は、一様性の考慮から求められ
る。

【００１８】電極４０は、ＲＦ源（図示されていない）
に結合せしめられたＲＦ接続４７を有する。処理ガスの
ディストリビュータ４８は井戸４２─４６の下に配置さ
れ、複数の通路５０が、ガスディストリビュータ４８を
それぞれの井戸４２─４６に連結している。ガスディス
トリビュータ４８および通路５０は、処理ガスを井戸４
２─４６および処理チャンバ１１内へ効果的かつ一様に
注入することによって、ガスの解離をさらに最大化す
る。このように構成されると、それぞれの井戸４２─４
６はそれ自身の強いプラズマの体積を保持して、それぞ
れの井戸に流れ込む処理ガスをして解離せしめ、処理速
度を増大させる。ディストリビュータ４８および通路５
０は、プラズマをそれらの中に保持するのには狭すぎ
る。従って、接地されたワイヤメッシュの必要はない。
分布中空電極４０は、電気絶縁体板５４および接地され
た底部板５６の上に配置された、アルミニウム板５２か
ら構成されうる。絶縁体板５４は、セラミックまたは本
技術分野において公知の他の適切な材料から構成されう
る。

【００１９】井戸４２─４６の直径および深さを制限す
ると、分布中空電極４０は、動作圧力がかなり高く（例
えば、動作圧力＞５００ｍＴｏｒｒ）、プラズマシース
の厚さが小さい（例えば、厚さ＜２ｍｍ）ＰＥＣＶＤの
適用のために最も適切なものとなる。分布中空電極４０
の表面積は、やはりＲＦにより電力供給されるチャック
の面積より大きい傾向があるので、ウェハ１４上に入射
するイオンのエネルギーは、たとえ入力電力が高レベル
である場合でも適度なものとなる。これは良好な薄膜の
性質を実現するためには望ましい特性である。

【００２０】図６には、テーパした壁をもつ複数の井戸
６２─６６を有する分布中空電極６０が示されている。
井戸６２─６６のテーパした壁は、プラズマをもっと安
定的に発生させ、かつ保持する。さらに、井戸間の距離
は、電極６０の中心に向かって増大して行くように図示
されている。この電極構成は、特定処理の適用および条
件に適するものと考えられ、どのように電極がこれらの
適用および条件に適するように構成されうるかを示すの
に役立つ。

【００２１】図７には、分布中空電極構造のさらにもう
１つの変形が示されている。電極７０においては、所望
のプラズマ分布を実現するために、ドーム形の輪郭と分
布井戸７２─７６とが組合わされている。実際には、組
合せ効果を得るために、任意の電極輪郭が分布井戸と組
合わされうる。

【００２２】以上からわかるように、電極の形状および
構造は、本発明により、（ｉ）ウェハ上に入射するイオ
ンのエネルギー、（ii）イオン化、励起、および電子衝
撃気相解離の分布および率、(iii) 容量結合ＲＦ放電の
応用における放電の安定性および効率、に影響を及ぼす
ように輪郭整定されうる。さらに、図１から図７までの
電極の選択された表面積は、本技術分野において公知の
導電材料および／または絶縁材料によってコーティング
されてもよく、それはウェハに対する処理速度にさらに
変化を生ぜしめる。このような材料によるコーティング
は、電極の電気的特性を変化させ、ひいては処理速度を
変化させる。

【００２３】以上、本発明を詳細に説明してきたが、特
許請求の範囲によって定められる本発明の精神および範
囲を逸脱することなく、これに対してさまざまな改変、
置換、および変更を行いうることを理解すべきである。

【００２４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）ウェハの容量結合放電処理装置であって、該ウェ
ハが結合せしめられた第１電極と、該第１電極から所定
の距離に置かれ所定の幾何学的形態を有する第２電極で
あって、前記ウェハに対する前記容量結合放電処理の速
度を選択的に変化せしめる該第２電極と、を含む、ウェ
ハの容量結合放電処理装置。

【００２５】（２）前記第２電極の幾何学的形態がドー
ム形であることにより、前記ウェハの外縁部における前
記第１電極と該ドーム形電極との間の距離を効果的に増
大させて、そこでの処理速度を増大させており、該ドー
ム形第２電極がさらに、前記ウェハの中央付近における
前記第１電極と該ドーム形電極との間の距離を減少させ
ることによって、そこでの処理速度を増大させている、
第１項記載の装置。

【００２６】（３）前記第２電極の幾何学的形態が、局
部的な処理速度を効果的に増大させるために、所定パタ
ーンをなして分布する複数の空胴をさらに画定してい
る、第２項記載の装置。 （４）前記第２電極の幾何学的形態が、局部的な処理速
度を効果的に増大させるために、所定パターンをなして
分布する複数の空胴をさらに画定している、第１項記載
の装置。

【００２７】（５）前記複数の空胴が変化する寸法を有
する、第４項記載の装置。 （６）前記複数の空胴が互いに等距離の間隔を有する、
第４項記載の装置。 （７）前記複数の空胴間の間隔が所定の様式で変化す
る、第４項記載の装置。

【００２８】（８）前記第１および第２電極の少なくと
も一方に電力を供給するための無線周波数源をさらに含
む、第１項記載の装置。 （９）前記第１および第２電極が処理チャンバの２つの
壁を形成し、該第２電極が該処理チャンバに出入する流
体の通過口をさらに画定している、第１項記載の装置。

【００２９】（１０）前記第２電極が前記通過口上に少
なくとも１つの接地された障壁をさらに含む、第９項記
載の装置。 （１１）前記第２電極が、前記第１電極から第１距離に
ある所定の幾何学的形態を有する少なくとも１つの領域
と、前記第１電極から第２距離にある所定の幾何学的形
態を有する少なくとも１つの他の領域と、を含む、第１
項記載の装置。

【００３０】（１２）前記第２電極が、前記第１電極か
ら第３距離にある所定の幾何学的形態を有する少なくと
も１つの第３領域を含む、第１１項記載の装置。 （１３）第１電極と、該第１電極と第２電極との間の距
離を選択的に変化させるためのドーム形の輪郭を有する
該第２電極と、を含む、ウェハの容量結合放電処理装置
においてウェハを一様に処理する装置。

【００３１】（１４）前記第２電極が、所定パターンを
なして配置された複数の空胴を画定している、第１３項
記載の装置。 （１５）前記第２電極上に選択的に堆積せしめられた導
電材料の薄いコーティングをさらに含む、第１項記載の
装置。 （１６）前記第２電極上に選択的に堆積せしめられた絶
縁材料の薄いコーティングをさらに含む、第１項記載の
装置。

【００３２】（１７）ウェハを処理するための２電極間
の容量結合放電の速度を改善する方法であって、該ウェ
ハ上の領域に関する処理速度を決定するステップと、該
ウェハ上の選択された領域に関する処理速度を増大させ
るために、前記電極の対応領域間の間隔を増大させるス
テップと、該ウェハ上の選択された領域に関する処理速
度を減少させるために、前記電極の対応領域間の間隔を
減少させるステップと、を含む、ウェハを処理するため
の２電極間の容量結合放電の速度を改善する方法。

【００３３】（１８）一方の前記電極上に、処理速度を
増大させるための所定パターンをなして配置された複数
の空胴を形成するステップをさらに含む、第１７項記載
の方法。 （１９）前記複数の空胴間の間隔を変化させるステップ
をさらに含む、第１８項記載の方法。

【００３４】（２０）前記複数の空胴の寸法を変化させ
るステップをさらに含む、第１８項記載の方法。 （２１）前記決定された処理速度に応答して一方の前記
電極の表面の輪郭整定を行うステップをさらに含む、第
１７項記載の方法。 （２２）ドーム形電極を形成するステップをさらに含
む、第１７項記載の方法。

【００３５】（２３）一方の前記電極の表面を導電材料
によって選択的にコーティングするステップをさらに含
む、第１７項記載の方法。 （２４）一方の前記電極の表面を絶縁材料によって選択
的にコーティングするステップをさらに含む、第１７項
記載の方法。

【００３６】（２５）ウェハの容量結合放電処理装置に
おいて、電極の輪郭および幾何学的形態は、処理速度の
非一様性に応答して、すなわちウェハ１４に関する局部
的処理速度を選択的に増大させ、また減少させるよう
に、構成されうる。例えば、ドーム形電極１０は、ウェ
ハ１４の外縁部付近の処理速度を増大させ、ウェハ１４
の中央部付近の処理速度を減少させるし、また、表面空
胴を有する電極４０、６０、７０は、処理速度の局部的
増大を生ぜしめる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって構成された実施例の輪郭整定電
極の形態の側断面図。

【図２】図１に示されている実施例の平面図。

【図３】本発明によって構成されたもう１つの実施例の
輪郭整定電極の形態の側断面図。

【図４】本発明によって構成された実施例の分布中空陰
極の形態の側断面図。

【図５】図４に示されている実施例の平面図。

【図６】本発明によって構成されたもう１つの実施例の
分布中空陰極の形態の側断面図。

【図７】本発明によって構成された実施例の組合わされ
た電極形態の側断面図。

【符号の説明】

１０ 輪郭整定電極 １１ 処理チャンバ １４ ウェハ ２４ ワイヤメッシュ ２６ ワイヤメッシュ ２８ 処理ガスの出入口 ３０ 輪郭整定電極 ４０ 分布中空電極 ４２ 井戸 ４６ 井戸 ６０ 分布中空電極 ６２ 井戸 ６６ 井戸 ７０ 分布中空電極 ７２ 井戸 ７６ 井戸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハの容量結合放電処理装置であっ
   て、 該ウェハが結合せしめられた第１電極と、 該第１電極から所定の距離に置かれ所定の幾何学的形態
   を有する第２電極であって、前記ウェハに対する前記容
   量結合放電処理の速度を選択的に変化せしめる該第２電
   極と、を含む、ウェハの容量結合放電処理装置。
2. 【請求項２】 ウェハを処理するための２電極間の容量
   結合放電の速度を改善する方法であって、 該ウェハ上の領域に関する処理速度を決定するステップ
   と、 該ウェハ上の選択された領域に関する処理速度を増大さ
   せるために、前記電極の対応領域間の間隔を増大させる
   ステップと、 該ウェハ上の選択された領域に関する処理速度を減少さ
   せるために、前記電極の対応領域間の間隔を減少させる
   ステップと、を含む、ウェハを処理するための２電極間
   の容量結合放電の速度を改善する方法。