(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の処理を容易にするようにプラズマ処理環境内のプラズマ均一性を管理する統合ステアアビリティアレイ配置であって、
複数の電気素子からなる電気素子のアレイと、
複数のガスインジェクタからなるガスインジェクタのアレイと、
複数のポンピングポートを有する複数のポンプからなるポンプのアレイと、を備え、
前記電気素子のアレイおよび前記ガスインジェクタのアレイは、各電気素子内に各ガスインジェクタが組み込まれて複数のプラズマ領域を形成するように配置され、前記複数のプラズマ領域の各プラズマ領域は実質的に同じであって、また、前記ポンプのアレイの各１つは前記電気素子のアレイおよび前記ガスインジェクタのアレイの中に組み入れられており、
互いに隣接する複数の電気素子の間に前記ポンプをそれぞれ設置すると共に前記ポンプのアレイの各ポンプの排気速度を個別的且つ局所的に制御することによって前記プラズマ処理環境内でガスのバランスを維持し、前記ポンプのアレイは排ガスの局所的除去を容易にして前記プラズマ処理環境内で均一なプラズマ領域を維持するように構成されていることを特徴とする統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項２】
前記電気素子のアレイは誘電体板上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項３】
前記電気素子のアレイは電気素子対のアレイであることを特徴とする請求項２に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項４】
前記電気素子対のアレイは容量性素子対のアレイであることを特徴とする請求項３に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項５】
前記容量性素子対のアレイは平行板対のアレイであることを特徴とする請求項４に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項６】
前記電気素子対のアレイは誘導性素子対のアレイであることを特徴とする請求項３に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項７】
前記誘導性素子対のアレイはアンテナ対のアレイであることを特徴とする請求項６に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項８】
前記電気素子対のアレイはプッシュプルラダー配置で配置されることを特徴とする請求項３に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項９】
対称パターンを有することを特徴とする請求項１に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項１０】
同心構成を有することを特徴とする請求項９に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項１１】
前記電気素子のアレイは中心を有する同心リングとして配置され、前記ガスインジェクタのアレイの個々および前記ポンプのアレイの個々が前記電気素子のアレイ間に組み入れられることを特徴とする請求項１０に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項１２】
長方形構成を有することを特徴とする請求項９に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項１３】
六角形構成を有することを特徴とする請求項９に記載の統合ステアアビリティアレイ配置。
【請求項１４】
基材の処理中に、プラズマ処理環境においてステアアビリティを提供する方法であって、
前記基材の前記処理中に、複数の電気素子からなる電気素子のアレイを通じて前記プラズマ処理環境の中に供給されている電力を制御することによって、電力分布を管理することと、
前記プラズマ処理環境の中に複数のガスインジェクタからなるガスインジェクタのアレイを流れるガスの量を制御することを含む、前記基材の前記処理中にガス流を導くことと、
前記基材の前記処理中に、複数のポンピングポートを有する複数のポンプからなるポンプのアレイによって除去されている排ガスの量を管理することによって、排出しているガスを制御することと、を含み、
前記ガスインジェクタのアレイの各ガスインジェクタは前記電気素子のアレイの電気素子内に組み入れられており、前記電気素子のアレイ、前記ガスインジェクタのアレイ、およびポンプのアレイは、複数のプラズマ領域を形成するように配置され、前記複数のプラズマ領域の各プラズマ領域は実質的に同じであり、互いに隣接する複数の電気素子の間に前記ポンプをそれぞれ設置すると共に前記ポンプのアレイの各ポンプの排気速度を個別的且つ局所的に制御することによって前記プラズマ処理環境内でガスのバランスを維持し、それによって、前記基材の全域で均一なプラズマ領域を形成することを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記電気素子のアレイは誘電体板上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気素子のアレイは電気素子対のアレイであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電気素子対のアレイは容量性素子対のアレイであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気素子対のアレイは誘導素子対のアレイであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気素子対のアレイの個々はプッシュプルラダー配置で配置されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気素子のアレイは中心を有する同心リングとして配置され、前記ガスインジェクタのアレイおよび前記ポンプのアレイが前記電気素子のアレイ間に組み入れられることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体デバイスを生産するために基材を処理するためのプラズマ処理システムが長期にわたり採用されている。基材の処理中に、繊細な半導体デバイスを作り出すための導電性の処理環境を作るためにチャンバの状態が厳密に監視され注意深く制御されなければならない。一般的に言えば、メーカは基材を処理するために諸条件が均一である処理環境を作る必要がある。
【０００２】
残念ながら、基材の処理中に処理チャンバ内に存在しうる一定の諸条件は、不均一性をもたらす。議論を進めるために、図１に基材処理環境１００の簡略化したブロック図を示す。基材１０６が処理チャンバ１０４内の静電チャック（ＥＳＣ）１０８の上に設置される。処理チャンバ１０４の中に電力が供給される。ある例では、無線周波数（ＲＦ）電力１１０が静電チャックを介して処理チャンバ１０４の中に供給されうる。処理チャンバ１０４内では、ＲＦ電力がガスと相互作用し、ガスがガス供給システム１０２を通じて処理チャンバ１０４の中に供給されてプラズマ１１４を生成し、プラズマ１１４は基材１０６と相互作用してエッチングされた半導体製品を製造しうる。
【０００３】
理想的には、処理チャンバ１０４内の状態は、基材１０６を処理する均一な処理環境を提供するように、特に基材１０６の全域で均一である。しかし、処理チャンバ１０４の構成によっては、処理チャンバ内の状態は、通常、不均一である。ある例では、ガスの放射状の流れが処理チャンバ全体に不均一なガス分布をもたらすだろう。別の例では、ポンプ１１２が、通常、基材の中心から離して設置されるので、排ガスは処理チャンバ１０６から不均一に排出されよう。したがって、排ガスは、基材の中心からエッジに向かって下方に排出されている。その結果、ガスは、基材の表面全域に不均一に分布されよう。ある例では、基材のエッジに向かってガスの密度が低くなる。
【０００４】
より均一な処理環境を作るために採用されている一つの方法は、トランス結合されたプラズマ（ＴＣＰ）源を用いて実施されよう。図２は、ＴＣＰ源を利用した処理環境２００の簡単なブロック図を示す。通常、ＴＣＰ源は、誘導性の環境を作り出す。したがって、処理環境に電力を供給するために電極に代えて一組のアンテナ２０２を採用してもよい。
【０００５】
ＴＣＰ源内では、ドーナツ形のプラズマ２０６が発生して環状処理領域を形成しうる。環状処理領域は、基材２０８の上方で放射状の拡散プロファイル（形状）となる。しかし、放射状の拡散プロファイルの場合でも、状態は完全に均一でないだろう。環状処理領域が大きくなると処理環境がより均一になるが、環状処理領域を大きくするためには、チャンバをかなり大きくし、かつ、誘電体窓を大きくする必要があるだろう。したがって、このような配置に関わるコストは経済的に実現可能でなく、工学的には一層困難であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ある実施形態において、基材の処理を容易にするためにプラズマ処理環境内のプラズマ均一性を管理する統合ステアアビリティアレイ配置（一体の制御能力を有するアレイ配置）に関する。配置は電気素子のアレイ（配列）を含む。また、配置はガスインジェクタ（ガス注入器）のアレイを含み、電気素子のアレイおよびガスインジェクタのアレイは複数のプラズマ領域を形成するように配置され、複数のプラズマ領域の各プラズマ領域は実質的に同じである。配置は、さらに、ポンプのアレイを含み、ポンプのアレイの個々は電気素子のアレイおよびガスインジェクタのアレイの中に組み入れられている。ポンプのアレイは、プラズマ処理環境内で均一なプラズマ領域を維持するために排ガスの局所的除去を容易にするように構成される。
【０００７】
上記の要旨は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の一つのみに関し、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の技術的範囲は本明細書の特許請求の範囲に記述される。本発明の上記特徴およびその他の特徴を、本発明の詳細な説明において以下の図と関連付けて以下でさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明は、添付図面の図において限定としてではなく例として示されており、図では、同様の参照数字は類似した要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基材処理環境の簡略化したブロック図を示す。
【図２】ＴＣＰ源内の処理環境の簡単なブロック図を示す。
【図３】本発明の実施形態における、統合ステアアビリティアレイ配置の上面図を説明する簡単な略図を示す。
【図４】本発明の実施形態における、統合ステアアビリティアレイ配置の断面図を示す。
【図５】本発明の実施形態における、同心構成を有する統合ステアアビリティアレイ配置の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を、ここで添付図面に示されるような本発明のいくつかの実施形態を参照して詳しく説明する。以下の説明では、本発明の十分な理解を与えるために数多くの詳細情報を記述する。ただし、本発明はこれらの詳細情報の一部または全部を含まずに実施されてもよいことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不必要に分かりにくくならないように周知の工程段階および／または構造を詳しく説明していない。
【００１１】
方法および技術を含む様々な実施形態を後述する。本発明は本発明による技術の実施形態を実施するコンピュータ可読命令が記憶されるコンピュータ可読媒体を含む製品を包含してもよいことに留意すべきである。コンピュータ可読媒体は、たとえば、半導体、磁気、光磁気、光、またはコンピュータ可読コードを記憶するその他の形態のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施する装置を包含してもよい。このような装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するための専用および／またはプログラマブル回路を含んでもよい。このような装置の例として、適切にプログラムされるときの汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータデバイスが挙げられ、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合されたコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラマブル回路の組合せを含んでもよい。
【００１２】
本発明の一態様において、より均一な処理を実現するためにステアアビリティが必要であることを本発明者は本明細書において理解している。本明細書において議論されるように、ステアアビリティは、半径制御および／または方位制御であると考えられる局所的な均一性制御を表す。ステアアビリティを実現するために、要素のアレイが実装される可能性がある。
【００１３】
先行技術では、ＩＣ製造者は、処理チャンバの状態に影響を与える可能性のある種々のパラメータ（たとえば、ガス流、排ガス、ＲＦエネルギー分布など）を制御することによって均一性を制御しようとしてきた。ある例では、ＩＣ製造者は、処理チャンバの中への電力供給を制御するためにドライテック社製の三極管マシンを採用する場合がある。ドライテック社製の三極管マシンは、中心電極が小型電極のアレイである三つの電極を含む。中心電極から電力を導入する制御が可能である。しかし、ドライテック社製の三極管マシンを採用する場合でも、ドライテック社製の三極管マシンはガス流および排ガスなど他のパラメータを局所的に供給しないので、不均一性は依然として問題である。
【００１４】
前述のように、従来のプラズマシステムは、処理チャンバの中にガスを供給する単一のガスインジェクタと排ガスを除去する単一のポンプとを有するように構成される。ＩＣ製造者は、より均一な処理環境を作ろうとしてパラメータを操作している。ある例では、プロセスエンジニアは、より均一なガス分布を発生させようとしてガスの流速を制御するだろう。より均一なプラズマを生成するために様々なパラメータを操作することは、面倒で時間のかかるプロセスであり、高精度を必要とするとともに望ましいエッチング速度、エッチングプロファイル、選択性、その他のパラメータを維持する一方で不均一性の多くの要因のバランスを取ることを必要とする傾向がある。
【００１５】
本発明の実施形態に従って、基材の処理中に局所制御を可能ならしめる統合ステアアビリティアレイ配置が提供される。本発明の実施形態は、個別に制御される一組の処理領域を形成することによってステアアビリティ（制御能力）を提供する。
【００１６】
本発明の実施形態において、統合ステアアビリティアレイ配置は、様々な構成を含んでいてもよい。構成は、ある実施形態において、より均一な処理環境を提供するために対称なパターンであろう。構成の例は、長方形パターン、円形パターン、六角形パターンなどを含んでもよいが、これらに限定されない。
【００１７】
本発明の実施形態において、統合ステアアビリティアレイ配置は、個別に制御される一組の処理領域を形成するために交互に組み入れられる電気素子のアレイ、ガスインジェクタのアレイ、および／またはポンプのアレイを含みうる。たとえば、電力が電気素子のアレイから供給され、ガスがガスインジェクタのアレイから処理チャンバの中に注入されている状況を考えてみよう。電気素子とガスインジェクタとのアレイは、基材の上方に自己相似の複数の小さいプラズマ領域を形成し易いように配置されよう。したがって、処理されている基材の全域で均一な処理環境を作り出す必要があると考えられる電力および／またはガスの量は、局所的に制御されうる。
【００１８】
さらに、処理環境の均一な状態を維持するために、ポンプのアレイ、すなわち、一つ以上のポンプは、各々がマニホールド（多岐管）に接続された複数のポンピングポートを有しており、ある実施形態において、排ガスの局所的除去を容易にするように電気素子／ガスインジェクタのアレイの中に組み入れられうる。各ポートは、固定されてもよく、制御可能（たとえば、バルブを介して）であってもよい。先行技術とは違って、ガスインジェクタにごく接近してポンプを設置することによって、ガスは典型的に基材の上方または下方の位置から半径方向外向きに排気されずに、局所的に吸引および排気されうる。また、ポンプの速度は、個別に制御されて、各々の小さいプラズマ領域の必要性に応じて排ガスの流れを調整できる。
【００１９】
本発明の特徴および長所は、以下の図および議論を参照するとよりよく理解されるかもしれない。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態における、統合ステアアビリティアレイ配置の上面図を説明する簡単な略図を示す。統合ステアアビリティアレイ配置３００は、誘電体板３０２に埋め込まれた一対の電気素子３０４および３０６などの電気素子対のアレイを有する誘電体板３０２を含みうる。ある実施形態において、電気素子対のアレイは一対の容量性素子（たとえば、平行板）であろう。別の実施形態において、電気素子対のアレイは、一対の誘導性素子（たとえば、アンテナ）であってもよい。電気素子対のアレイは、ラダー配置など、複数の構成で配置されてもよい。ある例では、各電器素子対は、バランスの取れた電力配置を形成するためにプッシュプルラダー配置（プッシュプル式の梯子型配置）で配置される。
【００２１】
電気素子対のアレイの中に組み入れられるのは、処理チャンバの中にガスを供給するガスインジェクタのアレイである。ある例では、電気素子対３０６は、ガスインジェクタのアレイ（たとえば、３０８、３１０、３１２など）を含みうる。電気素子対のアレイ間にガスインジェクタのアレイを組み入れることによって、処理チャンバの中に供給されるガスおよび電力の量は、基材の処理中に個別に制御されうる。
【００２２】
先行技術では、基材の特性に応じて、また処理チャンバの構成（たとえば、エッジリング）に応じて、プラズマは、基材のエッジに向かって均一でなくなる傾向がある。先行技術の構成はガスインジェクタのアレイを含まない場合があるので、プロセスエンジニアは処理チャンバの特定領域に供給されているガスの量を局所的に制御することができない。電気素子対のアレイおよび／またはガスインジェクタ対のアレイでは、処理チャンバの特定領域の中に電力および／またはガスの流れを導くためにステアアビリティが実施されよう。ある例では、ガスインジェクタ３１０の周囲の処理領域（基材のエッジなど）は、ガスインジェクタ３１２の周囲の処理領域（基材の中心など）よりも多くのガスおよび／または電力を必要とするだろう。統合ステアアビリティアレイ配置では、ガスおよび／または電力の流れがより均一な処理環境を作り出すように誘導可能である。
【００２３】
ある実施形態において、一組のポンプが統合ステアアビリティアレイ配置に組み入れられる。ある例では、一組のポンプが電気素子対のアレイの間に置かれうる。ある実施形態において、一組のポンプは、各々がマニホールドに接続された複数のポンピングポートを有する、ポンプのアレイ（３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１８ａ、３１８ｂ、３１８ｃ、３１８ｄ、３１８ｅ、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２２ａ、および３２２ｂ）、すなわち、一つ以上のポンプであってもよい。各ポートは、固定されてもよく、制御可能（たとえば、バルブを介して）であってもよい。ガスインジェクタのアレイにごく接近して一組のポンプを設置することによって、排ガスはより均一な処理環境を作り出すように処理チャンバから除去されうる。先行技術では、ポンプが基材のエッジに接近して設置されて、その結果、排ガスは基材から外側下方向に排気されて、基材のエッジでガス密度の低い処理環境が作り出される。しかし、一組のポンプの場合、ポンプ速度は、局所的に制御されて、除去されている排ガスの量を個別に制御することができ、それによって、処理環境内のガスのバランスを維持することができる。ある例では、処理チャンバの固有の性質に応じて、ガスは基材のエッジ近くで密度が低くなる傾向がある。したがって、エッジで除去されているガスの量を減らすように、基材のエッジの周囲の領域にあるポンプは基材の中心に向かうポンプよりも低い速度で排気しうる。
【００２４】
図４は、本発明の実施形態における、統合ステアアビリティアレイ配置４００の断面図を示す。たとえば、基材４０２が処理されている状況を考えてみよう。電力（たとえば、ＲＦ電力、マイクロ波電力など）は、アンテナのアレイ（アンテナ４０４、４０６、４０８、および４１０）を介して処理チャンバの中に供給されうる。アンテナのアレイの中に組み入れられるのはガスインジェクタのアレイ（４１２、４１４、４１６、および４１８）であり、ガスインジェクタからのガスは電力と相互作用してプラズマを生成するように処理環境の中に供給されうる。同様に、ポンプのアレイ（４２８、４３０、４３２、４３４、および４３６）がアンテナのアレイの中に組み入れられてもよい。
【００２５】
統合ステアアビリティアレイ配置の場合、ステアアビリティが提供されて、電力、ガス、および排ガスを局所的に制御することができる。換言すると、電力、ガス、および排ガスの流れは、均一な処理環境が基材４０２の様々な領域（４５０、４５２、４５４、および４５６）に提供されて基材をより精密かつ正確に処理することができるように調整されうる。
【００２６】
前述のように、統合ステアアビリティアレイ配置は、様々な構成であってもよい。図５は、本発明の実施形態における、同心構成を有する統合ステアアビリティアレイ配置の例を示す。統合ステアアビリティアレイ配置５００は、中心を有する同心リング構成として配置される電気素子のアレイ（たとえば、５０２、５０４、５０６など）を含みうる。電気素子のアレイの中に組み入れられるのは、ガスインジェクタのアレイ（たとえば、５０８、５１０、５１２など）とポンプのアレイ（たとえば、５１４、５１６、５１８など）である。ステアアビリティは、電力、ガス、および排ガスの流れを局所的に調整することによって実現されうる。統合ステアアビリティアレイ配置の場合、アレイの各構成要素は、基材の表面全域で自己相似である小さいプラズマ領域を形成するように個別に調整されうる。
【００２７】
前述の内容から分かるように、本発明の実施形態では、統合局所制御配置によってより均一な基材処理環境を効果的に作り出すことができる。統合ステアアビリティアレイ配置を実施することによって、処理チャンバ内の電力、ガス、および排ガスの流れを導くためにステアアビリティが採用されよう。ステアアビリティでは、より均一な処理環境を形成する局所制御が提供される。したがって、基材表面の様々な領域は、自己相似であり、より精密で、より正確で、より均一な基材の処理を可能ならしめる。したがって、より均一な処理環境では、欠陥の少ないデバイスが作り出されるために全体的なコスト削減が実現可能である。
【００２８】
前述の内容から分かるように、ある実施形態において、電気素子のアレイは自己相似アレイである。換言すれば、電気素子のアレイでは、プラズマの局所制御によって基材全域で同じ処理条件を作り出すことができる。別の実施形態において、基材の様々な部分に様々な処理条件を提供するために条件が意図的に操作されよう。そうすることで、基材の中心とは異なるプラズマに直面する基材エッジなど、先行技術において頻繁に遭遇する不均一性の問題は、局所制御の補償によって解消可能である。また、入ってくる基材の不均一性が既知である（たとえば、リソグラフィによって）場合は、出ていく基材が入ってくる基材よりも均一であるように局所制御によって調整されうる。
【００２９】
それでもエッジに不均一性が存在する可能性がある。この不均一性は、エッジに近接して配置される素子の目盛長に限定されてもよく、また他の方法によって対処されてもよい。
【００３０】
本発明をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲に含まれる変更、置換、および等効物がある。本明細書では様々な例が提供されているが、これらの例は本発明に関する例示を目的とするもので、限定を目的とするものではない。
【００３１】
また、発明の名称および要約書は、本明細書において便宜のために提供されるもので、本明細書における特許請求の範囲を解釈するために使用されるべきではない。さらに、要約書は、極めて短縮された形で書かれており、本明細書において便宜のために提供されており、したがって、特許請求の範囲で表現される本発明全体を解釈または限定するために採用されるべきではない。本明細書において「組」という用語が採用される場合、この用語はゼロ、１、または複数の部材を包含するために一般に理解されている数学的意味を有することが意図されている。また、本発明の方法および装置には多くの代替的実施方法があることにも留意されたい。それゆえ、以下に添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるようなすべての変更、置換、および等効物を含むものと解釈されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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