(57)【要約】【課題】  通電されたファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法【解決手段】  誘導結合プラズマエッチング装置（１０１）のファラデーシールド（１１２）に印加される電圧を調整するための装置および方法が提供される。適切な電圧が容易に且つ可変にファラデーシールドに印加されるので、プラズマのスパッタリングが制御され、その結果、エッチング工程に悪影響を及ぼす不揮発性反応生成物の堆積が阻止および軽減される。ファラデーシールドに対しては、同調コンデンサ（２０４，２１０，２０８，２０６）を調整するだけで、特定のエッチング工程または段階に適した電圧を印加することができる。ファラデーシールドの電圧を調整するためにエッチング装置を機械的に再構成する必要はない。
2005535117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合プラズマエッチング装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの上端の開口部を密閉するための窓であって、前記チャンバの内側の領域に面した内表面を有する窓と、
前記窓の上方に設けられた金属シールドと、
前記金属シールドの上方に前記金属シールドから離して設けられたコイルであって、入力端子と出力端子とを有するある条長のコイルと、
前記コイルを前記金属シールドに接続するための導電性のタップと、
前記入力端子および前記出力端子に電気的に通じている制御回路であって、前記制御回路は、前記入力端子にＲＦ電力を供給するように構成され、前記出力端子に電気的に通じているコンデンサを含み、前記コンデンサは、ゼロに近い電圧レベルからより高い電圧レベルまでの範囲で前記金属シールドにかかる電圧を制御するように調整され、選択された処理電圧が前記範囲に含まれる、制御回路と、
を備える誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記コイルは、更に、定在ＲＦ波を発生し、前記定在ＲＦ波は、前記コイルの前記条長に沿って位置する少なくとも１つのノードを有する、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項３】
請求項２に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記導電性のタップは、前記コイルを、前記１つのノードの位置に実質的に近い位置で前記金属シールドに接続するように構成される、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記導電性のタップは、更に、前記コイルと前記金属シールドとの間を最短直線距離でつなぐように構成される、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項５】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記コンデンサは、最小容量値と最大容量値との間の容量値を含む動作範囲を有するように構成された可変コンデンサである、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項６】
請求項５に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記可変コンデンサは、前記最小容量値に実質的に近くなるように設定され、前記金属シールドにかかる対応する前記制御された電圧は、ゼロの電圧レベルに実質的に近い、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項７】
請求項６に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記可変コンデンサは、前記容量が前記金属シールドにかかる電圧に比例するように構成される、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項８】
請求項５に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、更に、
前記可変コンデンサに連結するように構成されたモータ駆動部を備え、前記モータ駆動部は、更に、前記可変コンデンサを制御するように構成される、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項９】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記コンデンサは、前記窓の前記内表面におけるエッチング副生成物の堆積を実質的に阻止しながら前記窓の前記内表面におけるスパッタリングを最適に低減させるように、前記金属シールドにかかる電圧を制御するように構成されている、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、
前記制御回路は、更に、
前記コイルの前記入力端子に電気的に通じている第２のコンデンサと、
前記第２のコンデンサに電気的に通じている第３のコンデンサであって、ＲＦ電力を受けるように構成された第３のコンデンサと、
前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、および前記第３のコンデンサに電気的に通じている第４のコンデンサと、
前記第１のコンデンサおよび前記第４のコンデンサに電気的に通じているグランドと
を含む、誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、更に、
前記コイルと前記金属シールドとの間の空間に設けられた絶縁材料を備える誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の誘導結合プラズマエッチング装置であって、更に、
前記窓の内表面の実質的に近くに設けられた犠牲ライナを備える誘導結合プラズマエッチング装置。
【請求項１３】
誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、
前記誘導結合プラズマエッチング装置のコイルに接続されている同調コンデンサの電気容量をゼロ動作容量に近い値に固定する動作と、
前記コイル上のノードの位置を決定する動作であって、前記ノードは、前記同調コンデンサが前記ゼロ動作容量に近い値に固定された際に前記コイル上に存在する定在ＲＦ波のノードに対応している、動作と、
前記ノードの位置に実質的に近い接続位置で、前記コイルを金属シールドに電気的に接続する動作と、
前記金属シールドにおいて所要の電圧を得るために、前記同調コンデンサを調整する動作であって、前記金属シールドにかかる前記所要の電圧は、エッチング工程に適した電圧である、動作と、
を備える方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、
前記同調コンデンサの調整は、前記同調コンデンサに係合しているモータ駆動を制御することによって実施される、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
前記金属シールドにかかる前記電圧の適切さを決定するために、前記エッチング工程をモニタする動作であって、前記モニタ動作は、エッチング副生成物の堆積の存在を検出することを含む、動作と、
前記金属シールドにかかる適切な電圧を維持するために、前記同調コンデンサを調整する動作であって、前記金属シールドにかかる前記適切な電圧は、エッチング副生成物の堆積を阻止するのに足る、動作と、
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
前記金属シールドにかかる前記電圧の適切さを決定するために、前記エッチング工程をモニタする動作であって、前記電圧の前記適切さは、エッチング工程の要件に基づく、動作と、
前記金属シールドにかかる適切な電圧を維持するために、前記同調コンデンサを調整する動作であって、前記金属シールドにかかる前記適切な電圧は、エッチング工程の要件を満たすのに足る、動作と
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、
前記誘導結合プラズマエッチング装置は、ウエハをエッチングするためのチャンバを含み、前記チャンバは、上端の開口部に窓を有し、前記窓は、外表面と、前記チャンバの内側の領域に面する内表面とを有し、
前記コイルは、前記窓の前記外表面の上方に配置され、
前記金属シールドは、前記窓の前記外表面の上方に定められ、前記金属シールドは、前記コイルと前記窓の前記外表面との間に両者から離れた状態で配置される、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
複数のエッチング工程段階を実施する動作であって、前記複数のエッチング工程段階は、前記金属シールドにおいてそれぞれ異なる電圧を必要とする可能性がある、動作と、
前記金属シールドにおいて前記所要の電圧を得るために、エッチング工程段階間に前記同調コンデンサを調整する動作であって、前記所要の電圧は、後続のエッチング工程段階に適した電圧である、動作と
を備える方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、
前記複数のエッチング工程段階を実施する前記動作およびエッチング工程段階間に前記同調コンデンサを調整する前記動作は、所定の設定にしたがって自動的に実施される、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
エッチング副生成物の堆積を検出するために、前記窓の内表面をモニタする動作であって、前記モニタ動作は、前記複数のエッチング工程段階の各段階中に実施される、動作と、
前記金属シールドにかかる前記電圧を制御するために、前記同調コンデンサを自動的に制御する動作であって、前記金属シールドにかかる前記制御された電圧は、前記窓の内表面におけるさらなるエッチング副生成物の堆積を阻止する、動作と
を備える方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
スパッタリングを検出するために、前記窓の内表面をモニタする動作であって、前記モニタリングは、前記複数のエッチング工程段階の各段階中に実施される、動作と、
前記金属シールドにかかる前記電圧を制御するために、前記同調コンデンサを自動的に制御する動作であって、前記金属シールドにかかる前記制御された電圧は、前記窓の内表面におけるさらなるスパッタリングを阻止する、動作と
を備える方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
前記エッチング工程を実施する動作と、
エッチング副生成物の堆積を検出するために、前記窓の内表面をモニタする動作であって、前記モニタ動作は、前記エッチング工程中に実施される、動作と、
前記金属シールドにかかる前記電圧を制御するために、前記同調コンデンサを自動的に制御する動作であって、前記金属シールドにかかる前記制御された電圧は、前記窓の内表面におけるさらなるエッチング副生成物の堆積を阻止する、動作と
を備える方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載の、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法であって、更に、
前記エッチング工程を実施する動作と、
スパッタリングを検出するために、前記窓の内表面をモニタする動作であって、前記モニタリングは、前記エッチング工程中に実施される、動作と、
前記金属シールドにかかる前記電圧を制御するために、前記同調コンデンサを自動的に制御する動作であって、前記金属シールドにかかる前記制御された電圧は、前記窓の内表面におけるさらなるスパッタリングを阻止する、動作と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体の製造に関するものである。本発明は、より具体的には、通電されたファラデーシールドにかかる電圧を調整することによって、誘導結合プラズマエッチングチャンバの内部におけるプラズマの動作を制御するための、装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造では、エッチング工程が、広く一般に繰り返し実施されている。当業者ならば周知のように、エッチングには、ウェットエッチングおよびドライエッチングの２種類がある。ドライエッチングは、一般に、誘導結合プラズマエッチング装置を使用して実施される。
【０００３】
図１は、従来の技術にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置１００を示している。誘導結合プラズマエッチング装置１００は、チャンバ壁１０２およびチャンバ窓１０４によって構造的に定められたエッチングチャンバ１０１を備える。チャンバ壁１０２は、一般に、ステンレス鋼を使用して製造されるが、適切な他の材料を使用して製造されても良い。チャンバ窓１０４は、一般に、石英を使用して製造されるが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、およびケイ素（Ｓｉ）などの他の材料を使用して製造されても良い。チャンバ窓１０４は、チャンバ壁１０２に対して真空封じがなされている。半導体ウエハ（すなわち「ウエハ」）１１０は、エッチングチャンバ１０１の底の内表面に配置されたチャック１０８の上に搭載される。チャンバ窓１０４の上方には、コイル１１６および金属シールド１１２が配置される。コイル１１６は、絶縁スペーサ（不図示）によってエッチングチャンバ１０１の上方に保持される。コイル１１６は、導電材料を使用して製造され、少なくとも１つの完全な巻きを有する。図１に示された代表的なコイル１１６は、３つの巻きを有する。コイル１１６の有する「×」の記号は、そのコイル１１６の巻きが紙面の表から裏に向かうことを意味する。反対に、コイル１１６の有する「●」の記号は、そのコイル１１６の巻きが紙面の裏から表に向かうことを意味する。金属シールド１１２は、絶縁スペーサ１１４によって、コイル１１６の下方にコイル１１６から離した状態で固定される。金属シールド１１２は、チャンバ窓１０４の真上に設けられる。コイル１１６、金属シールド１１２、およびチャンバ窓１０４は、互いにほぼ平行であるようにそれぞれ構成される。更に、コイル１１６および金属シールド１１２は、タップ１１８を通じて電気的に接続される。
【０００４】
図２は、従来の技術にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置１００の基本的な動作原理を示している。動作にあたっては、先ず、反応ガスが、エッチングチャンバ１０１の中を通ってガス引き込み口（不図示）からガス排出口（不図示）へと流れる。次いで、高周波電力（すなわちＲＦ電力）が、電源（不図示）からコイル１１６に印加され、ＲＦ電流が、コイル１１６の中を流れるようになる。コイル１１６を流れるＲＦ電流は、コイル１１６の周りに電磁場１２０を発生させる。電磁場１２０は、エッチングチャンバ１０１の中に誘導電流１２２を発生させる。誘導電流１２２は、反応ガスに作用して、プラズマ１２３を発生させる。次いで、高周波電力（すなわちＲＦ電力）が、電源（不図示）からチャック１０８に印加され、プラズマ１２３に方向性を付与するので、プラズマ１２３は、ウエハ１１０の上まで「引き」降ろされて、エッチング工程を進行させる。
【０００５】
プラズマ１２３は、陽イオンおよび陰イオンの形態を採る各種のラジカルを含む。各種の陽イオンおよび陰イオンの化学反応は、ウエハ１１０をエッチングするために使用される。エッチング工程中、コイル１１６は、トランスの一次コイルに類似した機能を果たし、プラズマ１２３は、トランスの二次コイルに類似した機能を果たす。
【０００６】
エッチング工程によって発生する反応生成物は、揮発性であっても不揮発性であっても良い。揮発性の反応生成物は、使用済みの反応ガスと共にガス排出口から廃棄される。しかしながら、不揮発性の反応生成物は、一般に、エッチングチャンバ１０１の中に残留する。不揮発性反応生成物は、チャンバ壁１０１およびチャンバ窓１０４に付着する可能性がある。チャンバ窓１０４に付着した不揮発性反応生成物は、エッチング工程を妨害する可能性がある。チャンバ窓１０４に堆積した導電性の不揮発性反応生成物は、エッチングチャンバ１０１の内側の領域を、コイル１１６の周りに発生した電磁場１２０から電気的に遮断する可能性がある。その結果、プラズマ１２３が上手くヒットできなくなる。すると、エッチング工程は、チャンバ窓１０４から堆積物が除去されるまで中断を余儀なくされる。また、過度の堆積は、チャンバ窓１０４から剥がれ落ちた微粒子をウエハ１１０の上に積もらせて、エッチング工程を妨害する可能性がある。したがって、過度の堆積は、エッチングチャンバ１０１およびチャンバ窓１０４を頻繁に洗浄する必要を生じさせる。
【０００７】
チャンバ窓１０４における不揮発性反応生成物の堆積は、チャンバ窓１０４にプラズマをスパッタリングし、堆積物を「はたき落とす」ことによって、軽減および阻止することができる。プラズマ１２３の不均一性を回避するためには、スパッタリングが、チャンバ窓１０４の全面に対して均一に実施されることが望ましい。不均一な堆積および／または不均一なスパッタリングは、エッチング工程にドリフトを持ち込む可能性がある。ドリフトは、均一な特性の付与を意図される複数のウエハ１１０間において、再現性を妨害する可能性がある。
【０００８】
金属シールド１１２は、ファラデーシールドとして機能することによって、コイル１１６によって発生した電磁エネルギがプラズマ１２３に均一に分配されることを保証する。チャンバ窓１０４の付近において、電磁エネルギがプラズマ１２３に均一に分配される結果、チャンバ窓１０４には、不揮発性反応生成物が均一に堆積される。同様に、チャンバ窓からの不揮発性反応生成物のスパッタリングも、やはり均一に生じる。チャンバ窓１０４の全面に均一な電気的特性が存在すると、エッチングチャンバ１０１の全域に均一なプラズマ１２３特性を容易に発生させることができる。しかしながら、チャンバ窓１０４に堆積した不揮発性反応生成物は、たとえ均一であっても、前述のように、やはりエッチング工程の妨害となる。したがって、チャンバ窓１０４にプラズマ１２３をスパッタリングし、不揮発性反応生成物からなる堆積物の蓄積を阻止する必要がある。チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングは、プラズマ１２３の荷電粒子によるチャンバ窓１０４の浸食を最小限に抑えられるように、慎重に実施しなければならない。
【０００９】
図３は、従来の技術にしたがって、チャンバ窓１０４の特性に作用するためにはファラデーシールド電圧をどのように制御すれば良いかを示している。表示１３４は、チャンバ窓１０４に対する不揮発性反応生成物の堆積およびスパッタリングを制御するために、適切な電圧を金属シールド１１２に印加したことによる作用を示している。適切な電圧が金属シールド１１２に印加されると、プラズマ１２３の入射イオン１２８は、チャンバ窓１０４に向けて均一に方向付けられる。入射イオン１２８のエネルギおよび強度は、堆積を阻止すると同時にスパッタリングによる浸食作用を最小限に抑える。表示１３６は、過度に低い電圧を金属シールド１１２に印加したことによる作用を示している。印加される電圧が過度に低いと、チャンバ窓１０４に向けて方向付けられた入射イオン１３０は、不揮発性反応生成物（広く堆積１２４と呼ぶ）の蓄積を阻止できるだけのエネルギおよび強度に欠ける。表示１３８は、過度に高い電圧を金属シールド１１２に印加したことによる作用を示している。印加される電圧が過度に高いと、入射イオン１３２は、過度のエネルギおよび過度の強度を有する状態でチャンバ窓１０４に向けて方向付けられるので、その結果、過度のスパッタリングを生じさせる。このような浸食１２６は、チャンバ窓１０４の寿命を縮めるだけでなく、ウエハ１１０を汚染すると同時にエッチング工程環境に不要な化学成分を持ち込む可能性のある微粒子も発生させる。エッチング工程環境における不要な化学成分の存在は、エッチング工程条件の再現性を悪化させるので、特に望ましくない。
【００１０】
適切なファラデーシールド電圧は、実施されている特定のエッチング工程に依存する。適切な電圧の値に影響するいくつかの要因としては、反応ガスの種類、コイル１１６に印加されるＲＦ電力、ウエハ１１０からエッチングしたい材料、およびエッチングチャンバ１０１の内部における工程環境条件が挙げられる。多くのエッチングの設定は、例えばブレークスルー段階、バルクエッチ段階、およびオーバーエッチ段階などの複数のエッチング段階を含み、段階ごとに、ＲＦ電力、圧力、およびガス組成が大きく異なっている可能性がある。このため、所定のエッチング段階に適したファラデーシールド電圧の設定値は、他のエッチ段階にとっては最適でないかもしれない。したがって、ファラデーシールド電圧は、エッチング工程を通じてチャンバ窓１０４に不揮発性反応生成物の堆積が生じないことを保証できるように、制御可能であることが望ましい。更に、ファラデーシールド電圧は、エッチングの工程ごとおよび段階ごとの電圧要件のばらつきに適応できるように、容易に調整可能であることが望ましい。従来の技術では、特定のエッチング工程に適したファラデーシールド電圧を得るために、エッチング装置を機械的に再構成していた。このような機械的な再構成におちえは、動作窓が小さくなるうえに、材料消費および時間消費の点でかさむので、ウエハのスループットを低下させる結果となる。
【００１１】
以上からわかるように、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドに印加される電圧を容易に調整する装置および方法が必要とされている。
【発明の開示】
【００１２】
概して、本発明は、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を容易に調整する装置および方法を提供することによって、これらのニーズを満たすものである。ファラデーシールドの電圧の調整は、チャンバ窓に対するプラズマのスパッタリングの制御を可能にするので、不揮発性反応生成物の堆積を阻止および軽減することができる。なお、本発明は、工程、装置、システム、機器、または方法を含む複数の形態で実現することができる。以下では、本発明の実施形態のいくつかが説明される。
【００１３】
一実施形態では、誘導結合プラズマエッチング装置が開示される。該エッチング装置は、チャンバを備え、該チャンバは、上端の開口部を密閉するための窓をともなう。窓は、チャンバの内側の領域に面した内表面を有する。エッチング装置は、また、窓の上方に窓から離して設けられた金属シールドを備える。金属シールドの上方には、金属シールドから離してコイルが設けられる。コイルは、入力端子と、出力端子と、条長とを有する。コイルは、導電性のタップによって、金属シールドに電気的に接続されている。更に、コイルの入力端子および出力端子には、制御回路が電気的に通じている。制御回路は、コイルの入力端子にＲＦ電力を供給するように構成される。制御回路は、また、コイルの出力端子に電気的に通じているコンデンサを有する。コンデンサは、金属シールドにかかる電圧を制御するために調整される。金属シールドにかかる電圧は、ゼロに近い電圧レベルからより高い電圧レベルまでの範囲で制御される。実施される特定のエッチング工程について選択される処理電圧は、金属シールドの電圧が制御される範囲内にある。
【００１４】
別の一実施形態では、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法が開示される。該方法は、誘導結合プラズマエッチング装置に接続された同調コンデンサの電気容量を、そのゼロ動作容量（zero operating capacitance）に近い値に固定する処理を含む。方法は、更に、コイル上のノードの位置を決定する処理を含む。このノードは、コイル上に存在する定在ＲＦ波のノードに対応する。ノードの位置は、同調コンデンサがそのゼロ動作容量に近い容量に固定された状態で決定される。方法は、更に、ノード位置に実質的に近い接続位置で、コイルを金属シールドに電気的に接続する処理を含む。方法は、また、エッチング工程に適した電圧が金属シールドにかかるように、同調コンデンサを調整する処理を含む。
【００１５】
別の一実施形態では、誘導結合プラズマエッチング工程を実施するための方法が開示される。該方法は、ウエハをエッチングするように構成されたチャンバの中で、誘導結合プラズマエッチング工程を実施することを前提としている。チャンバは、上端の開口部に窓を備える。該窓は、外表面と、チャンバの内側の領域に面した内表面とを有する。コイルおよび金属シールドは、共に、窓の外表面の上方に配置される。金属シールドは、コイルと窓の外表面との間に、両者から離した状態で配置される。方法は、コイルに接続された同調コンデンサの電気容量を、そのゼロ動作容量に近い値に固定することを備える。方法は、また、コイル上のノードの位置を決定することを備える。このノードは、同調コンデンサがそのゼロ動作容量に近い容量に固定された状態でコイル上に存在する定在ＲＦ波のノードに対応する。方法は、更に、ノード位置に実質的に近い接続位置で、コイルを金属シールドに電気的に接続することを備える。該方法にしたがうと、同調コンデンサは、エッチング工程に適した電圧が金属シールドにかかるように調整される。方法は、また、エッチング工程を実施する処理を含む。
【００１６】
本発明は、数多くの利点をもたらすことができる。最も注目すべきは、本発明で開示される、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールド電圧を調整するための装置および方法が、エッチングチャンバ窓に対するプラズマスパッタリングの制御を可能にすることによって、従来の技術にともなう問題を回避することができる、という点である。プラズマスパッタリングの制御は、チャンバ窓における不揮発性反応生成物の堆積を阻止および軽減することができる。
【００１７】
本発明を例示した添付の図面との関連のもとで示される、以下の詳細な説明から、本発明の他の態様および利点が、いっそう明らかになる。
【００１８】
本発明および更なるその利点は、添付の図面との関連のもとで示される以下の説明を参照することによって、最も良く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドに印加される電圧を調整するための装置および方法について、発明が開示される。本発明は、概して、適切な電圧を容易に且つ可変にファラデーシールドに印加できるようにすることによって、プラズマのスパッタリングを制御し、エッチング工程に悪影響を及ぼす不揮発性反応生成物の堆積を阻止および軽減する。ファラデーシールドに対しては、同調コンデンサを調整するだけで、特定のエッチング工程またはエッチング段階に適した電圧を印加することができる。したがって、本発明によれば、特定のエッチング工程またはエッチング段階に適したファラデーシールド電圧を得るために、エッチング装置を機械的に再構成する必要がなくする。
【００２０】
以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知の工程動作の詳細な説明は省略される。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置２０５を示している。該誘導結合プラズマエッチング装置２０５は、チャンバ壁１０２およびチャンバ窓１０４によって構造的に定められたエッチングチャンバ１０１を備える。チャンバ壁１０２は、一般に、ステンレス鋼を使用して製造されるが、適切な他の材料を使用して製造されても良い。チャンバ窓１０４は、一般に、石英を使用して製造されるが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、およびケイ素（Ｓｉ）などの他の材料を使用して製造されても良い。チャンバ窓１０４は、チャンバ壁１０２に対して真空封じがなされている。半導体ウエハ（すなわち「ウエハ」）１１０は、エッチングチャンバ１０１の底の内表面に配置されたチャック１０８の上に搭載される。ＲＦ電源２４０は、整合回路２４２を通じてチャック１０８に電力を供給する。チャック１０８に印加されるＲＦ電力が、プラズマに方向性を付与するために使用され、その結果、プラズマ１２３は、ウエハ１１０に向けて方向付けられる。
【００２２】
更に図４に関し、チャンバ窓１０４の上方には、コイル１１６および金属シールド（すなわち「ファラデーシールド」）１１２が配置される。コイル１１６は、絶縁スペーサ（不図示）によって、エッチングチャンバ１０１の上方に保持される。コイル１１６は、導電材料を使用して製造され、少なくとも１つの完全な巻きを有する。図４に示された代表的なコイル１１６は、３つの巻きを有する。コイル１１６の有する「Ｘ」の記号は、そのコイル１１６の巻きが紙面の表から裏に向かうことを意味する。反対に、コイル１１６の有する「●」の記号は、そのコイル１１６の巻きが紙面の裏から表に向かうことを意味する。ファラデーシールド１１２は、絶縁スペーサ１１４を使用して、コイル１１６の下方にコイル１１６から離した状態で固定される。
【００２３】
図４に示された絶縁スペーサ１１４は、代表的な一構成を表したものである。絶縁スペーサ１１４は、半径方向に内向きに広がって、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間の空間を満たすような、別の一構成を採ることもできる。このような広範囲の絶縁スペーサ１１４の構成は、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間の電気的な電圧による絶縁破壊（例えば電気アーク）を阻止するために使用できる。絶縁スペーサ１１４は、あるいは、ファラデーシールド１１２の縁を完全に取り囲むような別の一構成を採っても良い。この構成では、ファラデーシールド１１２の縁に近い、チャンバ窓１０４の外表面とファラデーシールド１１２との間の領域が、絶縁スペーサ１１４によって占められる。絶縁スペーサ１１４の採る構成は、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間の間隔に依存する。
【００２４】
ファラデーシールド１１２は、チャンバ窓１０４の真上に設けられる。ファラデーシールド１１２は、チャンバ窓１０４に容量結合されるので、ファラデーシールド１１２は、チャンバ窓１０４の外表面（すなわち上端面）に接触しても良いし、あるいは、チャンバ窓１０４の上方に持ち上げられても良い。したがって、ファラデーシールド１１２は、チャンバ窓１０４の上に載置される、接着される、またはチャンバ窓１０４の上方に支えられる。図４に示された本発明の代表的な一実施形態は、チャンバ窓１０４の上方に支えられた状態のファラデーシールド１１２を示している。コイル１１６、ファラデーシールド１１２、およびチャンバ窓１０４は、互いにほぼ平行であるようにそれぞれ構成される。更に、コイル１１６およびファラデーシールド１１２は、タップ１１８を通じて電気的に接続される。
【００２５】
ＲＦ電源２１２は、コイル１１６に電力を供給する。ＲＦ電源２１２は、接続２０７を通じてコンデンサ２１０に電気的に通じている。コンデンサ２１０は、接続２０９を通じて更にコンデンサ２０４に電気的に通じている。コンデンサ２０４は、接続２１１を通じて更にコイル１１６の入力端子２０１に電気的に通じている。コンデンサ２０４から入力端子２０１へは、電圧Ｖinが供給される。入力端子２０１に相補的なものとして、コイル１１６は、出力端子２０３も有する。コイル１１６の出力端子２０３は、接続２１３を通じてコンデンサ２０６に電気的に通じている。出力端子２０３からコンデンサ２０６へは、電圧Ｖoutが供給される。コンデンサ２０６は、接続２１５を通じて更にグランド２１４に電気的に通じている。コンデンサ２０８は、接続２０９に電気的に結合された接続２１７を通じて、更にコンデンサ２１０およびコンデンサ２０４に電気的に通じている。コンデンサ２０８は、接続２１５に電気的に結合された接続２１９を通じて、コンデンサ２０６およびグランド２１４に電気的に通じている。
【００２６】
動作にあたっては、先ず、反応ガスが、エッチングチャンバ１０１の中を通ってガス引き込み口（不図示）からガス排出口（不図示）へと流れる。次いで、高周波電力（すなわちＲＦ電力）が、電源（不図示）からコイル１１６に印加され、ＲＦ電流が、コイル１１６の中を流れるようになる。コイル１１６を流れるＲＦ電流は、コイル１１６の周りに電磁場１２０を発生させる。電磁場１２０は、エッチングチャンバ１０１の中に誘導電流１２２を発生させる。誘導電流は、反応ガスに作用して、プラズマ１２３を発生させる。プラズマ１２３は、非プラズマの反応ガスのシースに包まれる。このように、高周波電力（すなわちＲＦ電力）が、整合回路２４２を通じて電源２４０からチャック１０８に印加され、プラズマ１２３に方向性を付与するので、プラズマ１２３は、ウエハ１１０の上まで「引き」降ろされて、エッチング工程を進行させる。
【００２７】
プラズマ１２３は、陽イオンおよび陰イオンの形態を採る各種のラジカルを含む。各種の陽イオンおよび陰イオンの化学反応は、ウエハ１１０をエッチングするために使用される。エッチング工程中、コイル１１６は、トランスの一次コイルに類似した機能を果たし、プラズマ１２３は、トランスの二次コイルに類似した機能を果たす。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置２０５の電気回路図を示している。ＲＦ電源２１２と、グランド２１４と、コイルの１１６の入力端子２０１と、コイル１１６の出力端子２０３と、の間の電気部品および電気接続は、図４に関して前述されたものに等しい。図５の残りの部分には、誘導結合プラズマエッチング装置２０５の物理コンポーネンツ間の電気的関係が示されている。
【００２９】
コイル１１６は、タップ１１８によってファラデーシールド１１２に電気的に接続された状態で示されている。コイル１１６とファラデーシールド１１２との間の物理的な空間は、静電効果を生じさせる。具体的に言うと、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間には、入力端子２０１とタップ１１８との間のコイル１１６の条長（巻き線部）に沿って電気容量２１６ａが存在する。同様に、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間には、タップ１１８と出力端子２０３との間のコイル１１６の条長に沿って電気容量２１６ｂが存在する。ファラデーシールド１１２とチャンバ窓１０４との間の物理的な空間は、また、コンデンサ２１８によって示されるような静電効果も生じさせる。
【００３０】
エッチングチャンバ１０１の中の反応ガスに電流を誘導するために、コイル１１６によって電磁場が生成される。反応ガスの中に誘導された電流は、プラズマ１２３を発生させる。コイル１１６およびプラズマ１２３は、トランスの一次コイルおよび二次コイルと同様に電気的に結合されている。これに対応し、コイル１１６はインダクタンス２２１を有するものとして、プラズマ１２３はインダクタンス２２４を有するものとして、それぞれ示されている。プラズマ１２３は、誘導電流に対して抵抗２２６を有するものとして示されている。また、プラズマ１２３は、反応ガスからなるシースに取り囲まれる。このシースは、帯電したプラズマ１２３を、グランド２１４に接続されたチャンバ壁１０２から効果的に隔てる。反応ガスからなるシースは、電気容量２２２および抵抗２２０を有する。チャック１０８は、チャンバ窓１０４から十分に離れているので、その電気的特性が、ファラデーシールド１１２およびコイル１１６の電気的動作に影響を及ぼすことはない。したがって、図５には、整合回路２４２およびＲＦ電源２４０をともなうチャック１０８が誘導結合プラズマエッチング装置２０５に対して有する電気的関係が示されていない。
【００３１】
エッチングチャンバ１０１の内部において、プラズマ１２３とチャンバ窓１０４との間には、ファラデーシールド１１２によって静電場が生成される。ファラデーシールド１１２によって生成された静電場は、プラズマ１２３の中のイオンをチャンバ窓１０４に向けて加速させる電圧を生成する。この加速およびその結果として生じるチャンバ窓１０４との衝突は、スパッタリングと称される。スパッタリングは、チャンバ窓１０４に堆積された不揮発性反応生成物を「はたき落とす」。したがって、厳密に制御されたスパッタリングは、チャンバ窓１０４における不揮発性反応生成物の堆積を阻止および軽減するのに効果的である。
【００３２】
ファラデーシールド１１２に印加される電圧は、ファラデーシールド１１２によって生成される静電場を制御する。ファラデーシールド１１２に印加される電圧の制御は、結果として、チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングの制御につながる。したがって、ファラデーシールド１１２に印加される電圧を慎重に制御すれば、チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングを慎重に制御して、スパッタリングによる浸食効果を最小限に抑えると同時に堆積を阻止することができる。スパッタリングによる浸食効果を更に抑えるため、本発明の代替の実施形態では、チャンバ窓１０４の内表面のすぐ近くに非導電性の犠牲ライナが配置される。堆積を阻止すると共にスパッタリングによる浸食効果を最小限に抑えるため、本発明は、ファラデーシールド１１２に印加される電圧を慎重に制御するための装置および方法を提供する。
【００３３】
図６は、本発明の一実施形態にしたがって、コイル１１６上に存在する定在ＲＦ波を示している。コイル１１６の入力端子２０１は、定在ＲＦ波の正のピーク振幅２２８に対応するものとして示されている。反対に、コイル１１６の出力端子２０３は、定在ＲＦ波の負のピーク振幅２３０に対応するものとして示されている。したがって、ノード（節）２３２は、コイル１１６の条長に沿って存在する。ノード２３２の位置において、対応するコイル１１６の電圧は、実質的にゼロに近い。十分に長いコイル１１６の場合は、２つ以上のノード２３２を有することが可能である。このとき、ノード２３２とノード２３２との間の間隔は、ＲＦ周波数に依存する。本発明の代表的な実施形態は、単一のノード２３２を有するコイル１１６を示しているが、本発明の装置および方法は、複数のノードが存在する場合でも変わらない。
【００３４】
有効な伝送線路として機能するコイル１１６の分布線路特性を決定するために、従来の伝送線路理論が使用される。コイル１１６の分布線路特性を決定するに際し、変更後の分布インピーダンスとして、プラズマ１２３の効果が組み込まれる。ＲＦ電力の変更に対応し、コイル１１６の入力端子２０１およびコイル１１６の出力端子２０３の両箇所において、電圧および位相の測定が行われる。電圧および位相の測定値は、終端インピーダンス（すなわちコンデンサ２０６のインピーダンス）と共に、定在ＲＦ波に対応する、コイル１１６の条長に沿った電圧の空間分布を決定するために使用される。コイル１１６の条長に沿った電圧の空間分布は、いくつかの方法を使用して決定することができる。コイル１１６の条長に沿った電圧の空間分布を決定するための代表的な方法の１つは、アルバート．Ｊ．ラム（Albert J. Lamm）による「均一な伝送線路としてモデル化された誘導プラズマコイル上の定在波の観測（Observations of Standing Waves on an Inductive Plasma Coil Modeled as a Uniform Transmission Line）」（真空科学＆技術ジャーナル、Ａ１５（５）、１９９７、Ｐ２６１５〜２６２２）に見いだすことができる。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態にしたがって、ファラデーシールド１１２とグランド２１４との間に存在する仮想ショート２３３を表す導電経路を示している。仮想ショート２３３が存在するためには、タップ１１８が、コイル１１６の条長に沿った定在ＲＦ波のノード２３２に十分に近い位置で、ファラデーシールド１１２をコイル１１６に電気的に接続していることが望ましい。タップ１１８をノード２３２に位置させることによって、コンデンサ２０６は、コイル１１６およびタップ１１８を通じてコンデンサ２０６とファラデーシールド１１２との間に定められた導電経路に沿って、定在ＲＦ波と共鳴するようになる。コンデンサ２０６は、定在ＲＦ波と共鳴関係にあるので、低インピーダンスを呈する。したがって、コンデンサ２０６を通るファラデーシールド１１２とグランド２１４との間の導電経路は、仮想ショート２３３として振る舞う。
【００３６】
タップ１１８が、ノード２３２の位置でコイル１１６に接続するように構成されると、コンデンサ２０６は、同調コンデンサとして機能することができる。同調コンデンサの電気容量の変化は、コイル１１６の入力端子２０１および出力端子２０３における電圧ＶinおよびＶoutを変化させる。ＶinまたはＶoutを変化させるものは、何であれ、定在ＲＦ波のノード２３２の位置をコイル１１６の条長に沿って変化させる。タップ１１８の位置は、物理的に固定されているので、ノード２３２の位置の変化は、タップ１１８をノード２３２の位置に存在させなくする。したがって、同調コンデンサの電気容量が変化すると、ファラデーシールド１１２とグランド２１４との間に存在する仮想ショート２３３は存在しなくなるうえ、ファラデーシールド１１２にかかる電圧はゼロから増大する。
【００３７】
本発明は、同調コンデンサの電気容量の変化に対応して生じるノード２３２の位置の変化を活用する。具体的に言うと、同調コンデンサ（すなわちコンデンサ２０６）の電気容量を変化させる（調整する）ことによって、ノード２３２の位置を移動させ、対応する変化をファラデーシールド１１２電圧に生じさせる。ノード２３２の位置がタップ１１８の位置から移動するにつれて、ファラデーシールド１１２にかかる電圧は増大する。好ましい一実施形態では、同調コンデンサは、ファラデーシールド１１２電圧を制御するために電気容量を変化させられる可変コンデンサである。ノード２３２の位置がタップ１１８の位置に対応するときの値から同調コンデンサの電気容量が増大または減少すると、ファラデーシールド１１２にかかる電圧は増大する。したがって、ファラデーシールド１１２電圧の増大できる範囲を最大にするためには、ノード２３２の位置が決定され且つタップ１１８がノード２３２の位置に接続されるときの同調コンデンサの電気容量を、その最小値に十分に近い値に設定することが望ましい。このような構成を採れば、同調コンデンサの電気容量を広範囲にわたって増大させ、それに対応し、ファラデーシールド１１２の電圧を広範囲にわたって増大させることができる。好ましい一実施形態では、同調コンデンサは、２０ｐＦから５００ｐＦまでの電気容量を有する。本発明の代表的な一実施形態では、同調コンデンサを４５ｐＦから９０ｐＦまでの範囲で調整することによって、ファラデーシールド１１２電圧を約０Ｖから約１２００Ｖまでの範囲で調整することができる。同調コンデンサの調整に対応して生じるファラデーシールド１１２電圧の反応は、厳密には、エッチング工程の詳細およびプラズマ１２３の条件に依存する。ファラデーシールド１１２電圧を広範囲にわたって調整できれば、特定のエッチング工程の要件を満たせる適切な電圧を得られる見込みが高くなる。
【００３８】
図８は、本発明の一実施形態にしたがって、ファラデーシールド１１２およびファラデーシールド１１２を適所に保持するための構成要素の分解斜視図を示している。ファラデーシールド１１２は、一定数の取り付けスペーサ３１４を設けられた取り付けフレーム３１２の裏面に、複数のネジ３０２によって固定される。取り付けスペーサ３１４は、取り付けフレームの上側に、ネジ３１０によってそれぞれ固定される。取り付けフレーム３１２、取り付けスペーサ３１４、ネジ３１０、および複数のネジ３０２は、任意の適切な絶縁材料で形成されて良い。ファラデーシールド１１２には、複数の放射状スロット３００が形成される。複数の放射状スロット３００は、コイル１１６を流れる電流によって誘導される放射電流が導電性のファラデーシールド１１２に流れ込むのを阻む。こうする必要があるのは、ファラデーシールド１１２を流れる電流が、コイル１１６とエッチングチャンバ１０１とを互いから電気的に遮断するように作用するからである。複数の放射状スロット３００から見たファラデーシールド１１２の形状を保持するため、取り付けフレーム３１２には、外リング３０４、内リング３０６、および中央ディスク３０８が複数のネジ３０２によって固定される。外リング３０４、内リング３０６、および中央ディスク３０８は、任意の適切な絶縁材料で形成されて良い。ファラデーシールド１１２の代替の実施形態も、同様に機能するように構成されさえすれば、本発明と組み合わせて使用することが可能である。
【００３９】
図９は、本発明の一実施形態にしたがって、コイル１１６およびコイル１１６を適所に保持するための構成要素の分解斜視図を示している。図８にも示されるように、取り付けフレーム３１２および取り付けスペーサ３１４は、ファラデーシールド１１２とコイル１１６との間に設けられる。十字型コイル搭載板３２６の４つの端部の各々は、サポートバネケース３３０に、ネジ３３１によって固定される。十字型コイル搭載板３２６の４つの端部の各々は、更に、取り付けフレーム３１２の取り付けスペーサ３１４に、ネジ３２８によって固定される。コイル１１６は、十字型コイル搭載板３２６の裏面に、複数のネジ３３６（明確にするため、１つのみが図示されている）によって留め付けられる。この構成では、コイル１１６は、ほぼ平行な状態でファラデーシールド１１２から離れている。
【００４０】
タップ１１８は、ノード２３２の位置に十分に近い位置で、コイル１１６に接続される。ノード２３２は、電気的には単一点である。したがって、タップ１１８は、厳密にノード２３２の位置に配置される必要はない。しかしながら、タップ１１８がノード２３２の位置に十分に近い位置に接続されたときには、ノード２３２を同調コンデンサの調整を通じて移動させることによって、前述された仮想ショートが得られる。これらを考慮に入れたうえで、タップ１１８は、矢印３５４で示されるように、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間に挿入される。図９に示された代表的な一実施形態では、タップ１１８は、ネジ３５２によってコイル１１６に、ネジ３５３によってファラデーシールド１１２にそれぞれ固定される。代替の実施形態では、タップ１１８は、各接続が導電性であるうえに不動であるような他の方法（例えば溶解金属によるハンダ付けや電気溶接等など）で、コイル１１６およびファラデーシールド１１２にそれぞれ固定されて良い。また、タップ１１８は、任意の導電材料で形成されて良い。タップ１１８は、コイル１１６とファラデーシールド１１２との間における唯一の導電接続である。好ましい一実施形態では、タップ１１８は、可能な限り最短の直線距離を跨いでコイル１１６をファラデーシールド１１２に接続する。代替の一実施形態では、タップ１１８は、可能な限り最短の直線距離以外の距離を跨いでコイル１１６をファラデーシールド１１２に接続する任意の形状を採って良い。
【００４１】
図９は、更に、十字型コイル搭載板３２６の上側を横切るように設けられると共にコイル１１６にネジ３３２によって留め付けられる直線状のコイル部材３１８を示している。十字型コイル搭載板３２６の裏面には、コイル１１６の中心に最も近い位置に曲線状のコイル部材３２２が設けられ、ネジ３３４によって直線状のコイル部材３１８に留め付けられる。曲線状のコイル部材３２２の端部には、ネジ３４０によって入力端子３３８が固定される。入力端子３３８の向かいに位置するコイル１１６の端部には、ネジ３４４によって出力端子３４２が固定される。コイル１１６の代替の実施形態も、同様に機能するように構成されさえすれば、本発明と組み合わせて使用することが可能である。
【００４２】
図１０は、本発明の代表的な実施形態にしたがって、同調コンデンサの調整に対応して生じるファラデーシールド１１２電圧の反応に関して得られた実験データをグラフ表示している。曲線４０２は、圧力が５ｍＴでＲＦ電力が１０００Ｗの場合に酸素プラズマ１２３のもとでファラデーシールド１１２上に生成される広範囲の電圧の例を示している。この例では、同調コンデンサが約６０ｐＦから約８０ｐＦにかけて調整されるのにともなって、ファラデーシールド１１２電圧がほぼ０Ｖに近い値から約１２００Ｖまでの範囲で変動する。ノード２３２は、同調コンデンサが６１ｐＦに近い電気容量に設定された際に得られる。なお、図１０の曲線は、ファラデーシールド１１２電圧を実際に有限回数測定した結果に基づく。したがって、実際の測定データに適合して得られた曲線は、図１０に示されるように、ノード２３２において０Ｖのレベルに達しない。ただし、前述されたように、同調コンデンサの調整を行うことによって、ノード２３２をタップ１１８の位置に配置し、対応するファラデーシールド１１２電圧をほぼ０Ｖに近い値にすることができる。したがって、６１ｐＦの付近で同調コンデンサを正確に調整することによって、正確なノード位置を突き止めることができる。
【００４３】
図１１は、本発明の一実施形態にしたがって、各種の代表的なプラズマ１２３の条件のもとで同調コンデンサの調整に対応して生じるファラデーシールド１１２電圧の反応に関して得られた実験データをグラフ表示している。図１１は、様々な酸素プラズマ１２３の条件のもとでファラデーシールド１１２上に生成される電圧の範囲の例を示している。曲線４０２は、図１０に既に示されているように、圧力が５ｍＴでＲＦ電力が１０００Ｗの場合の酸素プラズマ１２３に対応する。曲線４０４は、圧力が８０ｍＴでＲＦ電力が３００Ｗの場合の酸素プラズマ１２３に対応する。曲線４０６は、圧力が８０ｍＴでＲＦ電力が１００Ｗの場合の酸素プラズマ１２３に対応する。ノード２３２は、同調コンデンサが６１ｐＦに近い電気容量に設定された際に得られる。なお、ノード２３２の位置は、プラズマ１２３の条件に無関係である。プラズマ１２３条件に対するノード２３２位置の独立性は、タップ１１８の位置を移動させるまたは誘導結合プラズマエッチング装置１００を再構成する必要なしに、ファラデーシールド１１２電圧を同調コンデンサに合わせて調整することを可能にする。図１１の例は、反応ガスとして酸素を使用することに基づいている。しかしながら、本発明の基本および機能性は、他の適切な反応ガスを使用する場合でも変わらない。図１０と同様に、図１１もまた、ファラデーシールド１１２電圧を実際に有限回数測定した結果に基づく。したがって、実際の測定データに適合して得られた曲線は、図１１に示されるように、ノード２３２において０Ｖのレベルに達しない。ただし、前述されたように、同調コンデンサの調整を行うことによって、ノード２３２をタップ１１８の位置に配置し、対応するファラデーシールド１１２電圧をほぼ０Ｖに近い値にすることができる。したがって、６１ｐＦの付近で同調コンデンサを正確に調整することによって、正確なノード位置を突き止めることができる。
【００４４】
図１２は、本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置１００のファラデーシールド１１２にかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示している。該方法において、ステップ６００は、同調コンデンサの電気容量をそのゼロ動作容量に近い値に固定する処理を含む。該方法のステップ６０２は、コイル１１６上に存在する定在ＲＦ波のノード２３２の位置を決定する処理を要する。ステップ６０２は、同調コンデンサがそのゼロ動作容量に近い値に固定された状態で実施される。ステップ６０４は、コイル１１６をファラデーシールド１１２に電気的に接続するタップ１１８が、ステップ６０２で決定された定在ＲＦ波のノード２３２の位置に十分に近い位置で、コイル１１６に接続される処理を要する。ステップ６０６は、同調コンデンサが、特定のエッチング工程について所要のファラデーシールド１１２電圧を得られるように調整される処理を要する。ステップ６０８は、特定のエッチング工程を実施する処理を含む。
【００４５】
図１３は、本発明の別の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置１００のファラデーシールド１１２にかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示している。該方法において、ステップ６２０は、同調コンデンサの電気容量をそのゼロ動作容量に近い値に固定する処理を含む。ステップ６２２は、コイル１１６上に存在する定在ＲＦ波のノード２３２の位置を決定する処理を要する。ステップ６２２は、同調コンデンサがそのゼロ動作容量に近い値に固定された状態で実施される。ステップ６２４は、コイル１１６をファラデーシールド１１２に電気的に接続するタップ１１８が、ステップ６２２で決定された定在ＲＦ波のノード２３２の位置に十分に近い位置で、コイル１１６に接続される処理を要する。ステップ６２６は、誘導結合プラズマエッチング装置１００が、多段階エッチング工程の第１のエッチング段階に対応して準備される処理を要する。ステップ６２８は、同調コンデンサが、多段階エッチング工程の現エッチング段階について所要のファラデーシールド１１２電圧を得られるように調整される処理を要する。ステップ６３０は、現エッチング段階を実施する処理を含む。決定ステップ６３２は、現エッチング段階が多段階エッチング工程の最終段階であるか否かを検討する。もし現エッチング段階が最終段階でない場合は、方法は、多段階エッチング工程の次のエッチング段階が現エッチング段階となるステップ６３４を実施することによって引き続き実施される。方法は、次いで、同調コンデンサが現エッチング段階について所要のファラデーシールド１１２電圧を得られるように調整されるステップ６２８に進む。決定ステップ６３２に関し、もし現エッチング段階が最終段階である場合は、多段階エッチング工程は終結する。
【００４６】
図１４は、本発明の更に別の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置１００のファラデーシールド１１２にかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示している。該方法において、ステップ６５０は、同調コンデンサの電気容量をそのゼロ動作容量に近い値に固定する処理を含む。ステップ６５２は、コイル１１６上に存在する定在ＲＦ波のノード２３２の位置を決定する処理を要する。ステップ６５２は、同調コンデンサがそのゼロ動作容量に近い値に固定された状態で実施される。ステップ６５４は、コイル１１６をファラデーシールド１１２に電気的に接続するタップ１１８が、ステップ６２２で決定された定在ＲＦ波のノード２３２の位置に十分に近い位置で、コイル１１６に接続される処理を要する。ステップ６５６は、誘導結合プラズマエッチング装置１００が、多段階エッチング工程の第１のエッチング段階に対応して準備される処理を要する。ステップ６５８は、同調コンデンサが、多段階エッチング工程の現エッチング段階について所要のファラデーシールド１１２電圧を得られるように調整される処理を要する。ステップ６６０は、現エッチング段階を実施することを含む。
【００４７】
現エッチング段階の実施の最中に、チャンバ窓１０４は、不揮発性のエッチング副生成物の堆積を検出するためにモニタされる。チャンバ窓１０４における不揮発性エッチング副生成物の堆積をモニタおよび検出する技術としては、複数種類の技術が使用可能である。このような例の１つが、薄膜の光反射測定である。本発明は、また、不揮発性反応生成物の堆積を検出するための測定基準として、検出されたファラデーシールド１１２電圧の変化を使用することもできる。決定ステップ６６２は、堆積のモニタリングを表している。もし堆積が検出された場合は、同調コンデンサの電気容量を増大させることによってファラデーシールド１１２電圧を増大させるステップ６６８が実施される。ファラデーシールド１１２電圧が増大されるのは、チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングを増大させるためである。チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングの増大は、検出された堆積を除去すると共にこれ以上の堆積を阻止する。現エッチング段階は、ステップ６６８における同調コンデンサの調整の最中およびその後に継続的に実施される。
【００４８】
また、現エッチング段階の実施の最中に、チャンバ窓１０４は、プラズマ１２３の過剰なスパッタリングを検出する目的でモニタされる。決定ステップ６６４は、プラズマ１２３のスパッタリングのモニタリングを表している。もし過剰なスパッタリングが検出された場合は、同調コンデンサの電気容量を減少させることによってファラデーシールド１１２電圧を減少させるステップ６７０が実施される。ファラデーシールド１１２電圧が減少されるのは、チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングを減少させるためである。チャンバ窓１０４に対するプラズマ１２３のスパッタリングの減少は、チャンバ窓１０４材料の浸食を阻止する。したがって、これは、チャンバ窓１０４の有する望ましくない化学成分がエッチング環境に持ち込まれるのを阻止すると共に、チャンバ窓１０４の耐用年数の向上させることができる。現エッチング段階は、ステップ６７０における同調コンデンサの調整の最中およびその後に継続的に実施される。
【００４９】
現エッチング段階は、決定ステップ６６６において完了が示されるまで継続される。現エッチング段階の完了にあたって、決定ステップ６７２は、現エッチング段階が多段階エッチング工程の最終段階であるか否かを検討する。もし現エッチング段階が最終段階でない場合は、方法は、多段階エッチング工程の次のエッチング段階が現エッチング段階となるステップ６７４を実施することによって引き続き実施される。方法は、次いで、同調コンデンサが現エッチング段階について所要のファラデーシールド１１２電圧を得られるように調整されるステップ６５８に進む。決定ステップ６７２に関し、もし現エッチング段階が最終段階である場合は、多段階エッチング工程は終結する。
【００５０】
以上では、いくつかの実施形態の観点から本発明の説明を行ったが、当業者ならば、当然ながら、以上の明細書および添付の図面を検討することによって、様々な変更、追加、置換、および等価の形態を実現することができる。したがって、本発明は、このような変更、追加、置換、および等価のあらゆる形態を、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の技術にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置を示した図である。
【図２】従来の技術にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置の基本的な動作原理を示した図である。
【図３】従来の技術にしたがって、チャンバ窓の特性に作用するためにはファラデーシールドの電圧をどのように制御すれば良いかを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置の電気回路図を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態にしたがって、コイル上に存在する定在ＲＦ波を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態にしたがって、ファラデーシールドとグランドとの間に存在する仮想ショートを表す導電経路を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態にしたがって、ファラデーシールドおよびファラデーシールドを適所に保持するための構成要素の分解斜視図を示した図である。
【図９】本発明の一実施形態にしたがって、コイルおよびコイルを適所に保持するための構成要素の分解斜視図を示した図である。
【図１０】本発明の代表的な一実施形態にしたがって、同調コンデンサの調整に対応して生じるファラデーシールド電圧の反応に関して得られた実験データをグラフ表示した図である。
【図１１】本発明の代表的な一実施形態にしたがって、各種の代表的なプラズマ条件のもとで、同調コンデンサの調整に対応して生じるファラデーシールド電圧の反応に関して得られた実験データをグラフ表示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示した図である。
【図１３】本発明の別の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示した図である。
【図１４】本発明の更に別の一実施形態にしたがって、誘導結合プラズマエッチング装置のファラデーシールドにかかる電圧を調整するための方法のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００…誘導結合プラズマエッチング装置
１０１…エッチングチャンバ
１０２…チャンバ壁
１０４…チャンバ窓
１０８…チャック
１１０…半導体ウエハ
１１２…金属シールド
１１４…絶縁スペーサ
１１６…コイル
１１８…タップ
１２０…電磁場
１２２…誘導電流
１２３…プラズマ
１２４…堆積
１２６…浸食
１２８…入射イオン
１３０…入射イオン
１３２…入射イオン
２０１…入力端子
２０３…出力端子
２０４…コンデンサ
２０５…誘導結合プラズマエッチング装置
２０６…コンデンサ
２０７…接続
２０８…コンデンサ
２０９…接続
２１０…コンデンサ
２１１…接続
２１２…ＲＦ電源
２１３…接続
２１４…グランド
２１５…接続
２１６ａ，２１６ｂ…電気容量
２１７…接続
２１８…コンデンサ
２１９…接続
２２０…抵抗
２２１…インダクタンス
２２２…電気容量
２２４…インダクタンス
２２６…抵抗
２３２…ノード
２３３…仮想ショート
３００…放射状スロット
３０２…ネジ
３０４…外リング
３０６…内リング
３０８…中央ディスク
３１０…ネジ
３１２…取り付けフレーム
３１４…取り付けスペーサ
３１８…直線状のコイル部材
３２２…曲線状のコイル部材
３２６…十字型コイル搭載板
３２８…ネジ
３３０…サポートバネケース
３３１…ネジ
３３４…ネジ
３３６…ネジ
３３８…入力端子
３４０…ネジ
３４２…出力端子
３４４…ネジ
３５２…ネジ
３５３…ネジ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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