(57)【要約】【課題】  プラズマの容量を様々に設定可能であるプラズマプロセスチャンバを提供する。【解決手段】  プラズマプロセスチャンバ（２００）が提供される。このプラズマプロセスチャンバは、基板（１４６）をサポートするように構成されたボトム電極（１４４）と、ボトム電極の上方に設けられたトップ電極（１４２）とを含む。プラズマプロセスチャンバは、さらに、閉方向と開方向との間で推移するように設計されたプラズマ閉じ込めアセンブリ（１７３）を含む。プラズマ閉じ込めアセンブリは、閉方向にあるときは処理時のプラズマに関して第１の容量（１４５）を形成し、開方向にあるときは処理時のプラズマに関して第１の容量よりも大きい第２の容量を形成する。
2005521229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマプロセスチャンバであって、
処理したい基板をサポートするように構成されたボトム電極と、
前記ボトム電極の上方に設けられたトップ電極と、
処理時のプラズマに関して第１の容量を形成する閉方向と、処理時のプラズマに関して前記第１の容量よりも大きい第２の容量を形成する開方向との間で推移するように設計されたプラズマ閉じ込めアセンブリと
を備えるプラズマプロセスチャンバ。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリは複数のプラズマ閉じ込めリングを含む、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記複数のプラズマ閉じ込めリングは共に推移する、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記複数のプラズマ閉じ込めリングはスペーサによって互いに隔てられ、前記複数のプラズマ閉じ込めリングおよびスペーサはシャフトに取り付けられている、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
シャフトは、移動によって前記プラズマ閉じ込めアセンブリを前記閉方向と前記開方向との間で推移させられるように設計される、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記開方向におけるプラズマ処理は、プラズマ流量およびバイアス電圧の増大を可能にする、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記閉方向におけるプラズマ処理は、前記開方向におけるプラズマ処理よりも高密度のプラズマの生成を可能にする、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記閉方向では、前記開方向におけるプラズマ処理よりも高圧のプラズマ処理が可能である、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項９】
請求項１に記載のプラズマプロセスチャンバであって、さらに、
前記ボトム電極よりも低い高さで前記ボトム電極を取り囲むように構成された閉じ込め構造を備えるプラズマプロセスチャンバ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記閉じ込め構造は前記プラズマプロセスチャンバのライナに取り付けられている、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項１１】
請求項９に記載のプラズマプロセスチャンバであって、
前記閉じ込め構造は、前記ボトム電極の高さに近づく方向または前記ボトム電極の高さから遠ざかる方向に位置を調節することが可能であり、このような位置の調節は、前記第２の容量を変化させる、プラズマプロセスチャンバ。
【請求項１２】
プラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
上部電極と、
前記上部電極に平行な、処理したい半導体ウエハを受け取るように構成された下部電極と、
上限境界として前記上部電極を、下限境界として前記下部電極を有する第１のプラズマ閉じ込め領域と、
上限境界として前記上部電極を、下限境界として前記下部電極を、そして外側プラズマ閉じ込め構造をともなうように且つ前記半導体ウエハプロセスチャンバの上部領域の内側を覆うように構成された上部チャンバライナを側限境界として有する第２のプラズマ閉じ込め領域と、
少なくとも１つのプラズマ閉じ込めリングと、複数のスペーサと、複数のシャフトとを有し、前記半導体ウエハプロセスチャンバ内において前記第１のプラズマ閉じ込め領域を取り囲むように且つ複数の平行な円周状の通路を形成するように配置されたプラズマ閉じ込めアセンブリと
を備え、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリは、前記第１のプラズマ閉じ込め領域を定める広がった位置と、前記第２のプラズマ閉じ込め領域を定めると後退した位置とのいずれかをとるように構成される、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記複数のシャフトは、前記プラズマ閉じ込めアセンブリを前記広がった位置と前記後退した位置との間で推移させるように設計されている、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリが前記後退した位置にあるときのプラズマ処理は、プラズマ流量およびバイアス電圧の増大を可能にする、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１５】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリが前記広がった位置にあるときのプラズマ処理は、前記プラズマ閉じ込めアセンブリが前記後退した位置にあるときのプラズマ処理よりも高密度のプラズマの生成を可能にする、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリが前記広がった位置にあるときのプラズマ処理は、前記プラズマ閉じ込めアセンブリが前記後退した位置にあるときのプラズマ処理よりも高圧のプラズマ処理を可能にする、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１７】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記外側プラズマ閉じ込め構造は、プラズマを前記第２のプラズマ閉じ込め領域内に実質的に閉じ込められるように配置された複数の開口部を含む、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記外側プラズマ閉じ込め構造は、前記ボトム電極の高さに近づく方向または前記ボトム電極の高さから遠ざかる方向に位置を調節することが可能であり、このような位置の調節は、前記第２のプラズマ閉じ込め領域の容量を変化させる、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記外側プラズマ閉じ込め構造は誘電体で構成される、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項２０】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記少なくとも１つのプラズマ閉じ込めリングは誘電体で構成される、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【請求項２１】
請求項１２に記載のプラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバであって、
前記プラズマ閉じ込めアセンブリは６つのプラズマ閉じ込めリングを有する、半導体ウエハプロセスチャンバ。
【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し、より具体的には複数の閉じ込め構造を使用してプラズマの容量を制御するプラズマエッチングチャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造では、導電体および誘電体をエッチングするためにプラズマエッチングが良く使用される。良く使用されるプラズマエッチングチャンバは、基板上に堆積された被選択層をフォトレジストマスクによる定め通りにエッチングすることができる。概して、これらのプロセスチャンバはプロセスガスを受け取るように構成され、チャンバ内の１つまたはそれ以上の電極は高周波（ＲＦ）電圧を印加される。チャンバ内の圧力は、所望のプロセスに応じて制御される。所望のＲＦ電圧が電極に印加されると、チャンバ内のプロセスガスが活性化され、プラズマが生成される。プラズマは、半導体ウエハの被選択層に所望のエッチングを施すように構成される。
【０００３】
半導体ウエハの被選択層に所望のエッチングを施すためには、通常は、電圧、電子密度、流量等のパラメータの変動を操作することによってプラズマを構成する。シングルプロセス環境内で望みどおりにプラズマパラメータを変動させるためには、可変パラメータの例として、ガスの化学的性質、チャンバ内の圧力、およびチャンバ内のＲＦ電極に印加されるＲＦ電圧の大きさ等が挙げられる。しかしながら、従来の技術では、シングルチャンバ内でプラズマの容量を変化させることができなかった。シングルプロセスチャンバ内でプラズマの容量を変動させられない場合は、構成の異なる複数のプロセスチャンバを利用して、エッチングアプリケーションごとに最適なプラズマ特性を実現することが一般に求められる。エッチングプロセスの各段階で、経済的に且つ効率的にウエハをプロセスチャンバ間で移動させるためには、これらの複数のプロセスチャンバは、エッチングチャンバのプロセスシステム内に共存できるか、あるいは他のプロセスチャンバに近接した位置で作動できることが求められる。
【０００４】
デュアルダマシン製造は、一般的な多段階エッチングプロセスを含む。多段階エッチングプロセスでは、最適な特徴製造を実現するために各種のプロセス環境が必要とされる。図１Ａは、代表的なＶｉａ−Ｆｉｒｓｔデュアルダマシン製造プロセスのエッチングプロセス法の各工程を示したフローチャート１００である。フローチャート１００は、製造後の特徴を定めるための各層が基板上に堆積された後に、且つ第１のエッチング工程を特徴付ける第１のフォトリソグラフィプロセスが実施された後に開始する。第１のエッチングプロセスは工程１０２で実施され、ここではビア構造がエッチングされる。代表的なビアエッチング工程では、ビア構造を形成するために少なくとも２枚の誘電体層がエッチングされる。図１Ｂは、障壁層１２６ａと、第１の誘電体層１２２と、随意のエッチング停止層１２６ｂと、第２の誘電体層１２４とを堆積された代表的な基板１２０を示している。フォトレジスト層１２８ａは、第２の誘電体層１２４と、エッチング停止層１２６ｂと、第１の誘電体層１２２とを貫くビア１３０のエッチングを可能にするようにパターン形成されている。一例では、第１の誘電体層１２２および第２の誘電体層１２４が互いに異なる材料特性を有するので、ビア１３０構造を製造するためには、異なる２種類のエッチング化学剤を使用して別々のエッチング工程を実施する必要がある。再び図１Ａを参照する。第１のエッチングプロセス１０２は、ビア構造１３０を完全に定めるために必要とされる１つまたはそれ以上のエッチング工程を含む。
【０００５】
このエッチングプロセス法は、次いで工程１０４に進む。工程１０４では、残存するフォトレジスト層１２８ａ（図１Ｂ）が除去される。周知のように、半導体製造ではフォトリソグラフィを使用して特徴が定められる。例えばビアの場合は、先ず位置を定めてから構造自体をエッチングする。工程１０４では、次の特徴を定めてエッチングできるように、残存するフォトレジストを除去する。
【０００６】
このエッチングプロセス法は、次いで工程１０６に進む。この工程１０６では、次の特徴のパターンが形成される。例えば、次の特徴であるトレンチ構造を定めるために、次のフォトレジスト層の塗布およびイメージ形成が行われる。これらのトレンチ構造は、次にフォトリソグラフィを使用することによって、既知の特徴製造プロセスにしたがって形成することができる。
【０００７】
このエッチングプロセス法は、次いで工程１０８に進む。この工程１０８では、第２のエッチングプロセスが実施される。第２のエッチングプロセスは、例えばトレンチ構造のエッチングである。図１Ｃは、工程１０２で説明されたようにビア１３０をエッチングされた後の、図１Ｂの代表的な構造を示している。第２の誘電体層１２４からエッチング停止層１２６ｂに至るトレンチ構造１３２を形成できるように、フォトレジスト１２８ｂは除去されている。
【０００８】
再び図１Ａを参照する。このエッチングプロセス法は、次いで工程１１０に進む。この工程１１０では、残存するフォトレジスト１２８ｂ（図１Ｃ）が除去される。第２のエッチングプロセスが完了し、トレンチ構造が製造されると、トレンチ構造を形成するために使用された残存するフォトレジストは除去される。
【０００９】
このエッチングプロセス法は、次いで工程１１２に進む。この工程１１２では、窒化ケイ素（ＳｉＮ）層がエッチングされる。このエッチングプロセス法は、この工程で終了する。図１Ｄは、デュアルダマシン構造の製造例において、エッチングプロセスを使用して完成された特徴を示している。基板１２０を露出させるため、障壁層１２６ａはビア特徴１３０内の部分をエッチングされている。第１の誘電体層１２２と第２の誘電体層１２４との間に設けられたトレンチ特徴１３２内のエッチング停止層１２６ｂも、同様にエッチングされている。構造およびプロセスの種類に応じて随意に設けられるエッチング停止層１２６ｂおよび障壁層１２６ａは、共にＳｉＮからなる層であるのが普通であり、これらの層は、上述されたデュアルダマシン製造例の最終段階のエッチング工程で除去される。周知のように、エッチングプロセスの後には、一般に、障壁層の堆積および／またはメタライゼーションが続き、デュアルダマシン構造のトレンチおよびビアの製造が行われる。
【００１０】
図１Ａのフローチャート１００に示されるように、代表的なデュアルダマシン製造のエッチングプロセスでは、少なくとも３つの個別のエッチング工程と、少なくとも２つの個別のフォトレジスト除去工程とが実施される。後ほど詳述されるように、第１のエッチングプロセスは、大容量プラズマエッチング環境で実施するのが最も適している。大容量プラズマエッチング環境では、一般に、高バイアス電圧としても知られる高イオンエネルギが基板の表面に生じる。大容量プラズマエッチング環境では、低圧の状態で高流量のプラズマを得ることができる。第１のエッチングプロセスは、２枚の誘電体層だけでなく随意のＳｉＮエッチング停止層をもエッチングするプロセスである。したがって、このプロセスでは、プラズマが高流量で且つ高バイアスであるほど望ましい。大容量プラズマ閉じ込め環境は、このように最も効果的で且つ効率的なプラズマを得るのに最適な条件を提供することができる。
【００１１】
フォトレジストの除去は、小容量酸素プラズマ環境で実施するのが最も適している。小容量酸素プラズマ環境では、ウエハ表面のごく近くにプラズマが維持される。このようにして生じるプラズマは、一般に非常に高密度であり、非常に高い除去率でフォトレジストを除去することができる。また、小容量酸素プラズマ環境では、ウエハに対するイオンエネルギが低いので、誘電体のスパッタリングを最小限に抑えることができる。したがって、フォトレジストの除去には、一般に、小容量プラズマ閉じ込め環境が望ましい。
【００１２】
第２のエッチングプロセスは、大容量プラズマ環境および小容量プラズマ環境のいずれで実施しても良く、使用される材料に応じて最適化する必要がある。例えばエッチング停止層１２６ｂ（図１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、随意に設けられる層である。さらに、第１の誘電体層１２２および第２の誘電体層１２４は、同種または異種の各種の誘電体で形成することができ、これらの材料特性によって、第２の誘電体層１２４を随意のエッチング停止層１２６ｂまたは第１の誘電体層１２２までエッチングするために必要とされるエッチング化学剤が特定される。エッチング停止層１２６ｂが使用される場合は、高エッチング速度を達成できるように、小容量プラズマ閉じ込め環境を使用することが多い。しかしながら、一般には、エッチングされる材料および構成の如何に応じ、ウエハ全体を最も均一にエッチングできるように、大容量プラズマ閉じ込め環境または小容量プラズマ閉じ込め環境のいずれかが選択される。
【００１３】
最終段階であるＳｉＮのエッチングは、一般に、ウエハに対するエッチング速度が大きく且つイオンエネルギが低い高密度のプラズマを得られる小容量プラズマ閉じ込め環境が最も適している。ウエハに対するイオンエネルギが低いと、ＳｉＮ層の下方に位置する誘電体のスパッタリングは最小限に抑えられる。
【００１４】
図２Ａは、エッチングチャンバ１４０内の代表的な小容量プラズマ閉じ込め環境を示すブロック図である。下部電極１４４の上にはウエハ１４６が設けられ、ウエハ１４６の上には上部電極が設けられる。こうして、上部電極１４２とウエハ１４６との間にプラズマ閉じ込め領域１４５が形成される。エッチングチャンバ１４０内の小容量プラズマ閉じ込めの一実施形態では、ウエハ１４６の外端とチャンバ１４０の内壁との間に複数の閉じ込めリング１４８が設けられ、プラズマ閉じ込め領域１４５の側限境界を形成している。これらの閉じ込めリング１４８は、円筒状のエッチングチャンバ１４０内に所望の幅および間隔で設けられたリングであり、その内側にプラズマ閉じ込め領域１４５を形成し、なおかつ使用済みのプラズマガスをエッチングチャンバ１４０から排出させるためのものである。これらの閉じ込めリング１４８は、それぞれがシリカまたはクォーツなどの誘電体からなり、全体でスロット付きの閉じ込めシールドとして機能する。小容量プラズマ閉じ込めチャンバの詳細に関しては、本出願と同一の譲受人に対して１９９６年７月９日付けで発行された米国特許第５，５３４，７５１号を参照のこと。
【００１５】
図２Ｂは、エッチングチャンバ１４０内の代表的な大容量プラズマ閉じ込め環境を示すブロック図である。下部電極１４４の上にはウエハ１４６が設けられ、ウエハ１４６の上には上部電極が設けられる。こうして、上部電極１４２とウエハ１４６との間にプラズマ閉じ込め領域１４５が形成される。この大容量プラズマ閉じ込め環境では、ウエハ１４６から十分に離れた位置にプラズマ閉じ込め構造１５０を設け、大容量のプラズマ流を可能にしている。プラズマ閉じ込め構造１５０は、クォーツやシリカ等の材料で構成された開口部付きの物理構造をとることによって、中性プラズマをエッチングチャンバ１４０から排出させ、排出前に確実にイオンエネルギを消散させることができるプラズマ閉じ込め構造１５０は、また、磁気エネルギを帯びた磁気構造をとることによって、エッチングチャンバ１４０の閉じ込め構造からイオンや電子、荷電種等を放出させることもできる。大容量プラズマ閉じ込め用に構成されたエッチングチャンバの詳細に関しては、２００１年１月９日付けで発行された米国特許第６，１７０，４２９号を参照のこと。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述されたように、代表的な多段階半導体製造プロセスのプラズマエッチング工程は、所要のエッチング工程を最適化するために複数のプラズマ環境を必要とする。したがって、小容量プラズマ閉じ込めおよび大容量プラズマ閉じ込めのいずれにも設定可能であるシングルプラズマエッチングチャンバが必要とされている。このようなシングルプラズマエッチングチャンバは、このようなチャンバを複数組み込まれたプラズマエッチングシステムに対応できるように構成することによって、効率およびスループットを向上させると同時に工程のダウンタイムおよび費用を減少させることが望ましい。
【００１７】
本発明は、概して、プラズマの容量を様々に設定可能であるプラズマプロセスチャンバを提供することによって、これらのニーズを満たしている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様にしたがって、プラズマプロセスチャンバが提供される。プラズマプロセスチャンバは、処理したい基板をサポートするように構成されたボトム電極と、ボトム電極の上方に設けられたトップ電極とを含む。プラズマプロセスチャンバは、また、閉方向と開方向との間で推移するように設計されたプラズマ閉じ込めアセンブリを含む。プラズマ閉じ込めアセンブリは、閉方向にあるときは処理時のプラズマに関して第１の容量を形成し、開方向にあるときは処理時のプラズマに関して第１の容量よりも大きい第２の容量を形成する。
【００１９】
本発明の別の一態様にしたがって、プラズマの容量を設定可能であるプラズマエッチングプロセスチャンバが提供される。プラズマエッチングプロセスチャンバは、設定可能である複数のプラズマ閉じ込めリングを含む。これらのリングとリングとの間には、ガスを通すことができる複数の個々の平行な通路が形成される。設定可能なプラズマ閉じ込めリングは、１対の平行な電極を取り囲むように配置され、それによって第１のプラズマ閉じ込め領域を形成する。この第１のプラズマ閉じ込め領域は、その中でプラズマを生成する領域であり、プラズマに含まれる荷電粒子を通過時に中性化する複数の平行な通路に取り囲まれている。設定可能であるプラズマ閉じ込めリングは、第１のプラズマ閉じ込め領域を形成する広がった位置と、第２のプラズマ閉じ込め領域を形成する後退した位置とをとるように構成可能である。プラズマエッチングプロセスチャンバは、さらに、プラズマエッチングプロセスチャンバの上部領域の内側を覆うように構成されなおかつ複数の開口部付きの外側プラズマ閉じ込め構造を有する上部チャンバライナを含む。
【００２０】
さらに別の一態様にしたがって、プラズマの容量を設定可能である半導体ウエハプロセスチャンバが提供される。半導体ウエハプロセスチャンバは、上部電極と、上部電極に平行な下部電極とを含み、処理したい半導体ウエハを受け取るように構成される。半導体ウエハプロセスチャンバは、さらに、第１のプラズマ閉じ込め領域を含む。第１のプラズマ閉じ込め領域は、上限境界として上部電極を、下限境界として下部電極を有する。第２のプラズマ閉じ込め領域は、上限境界として上部電極を、下限境界として下部電極を、そして側限境界として上部チャンバライナを有する。上部チャンバライナは、半導体ウエハプロセスチャンバの上部領域の内側を覆う構造であり、外側プラズマ閉じ込め構造をともなうように構成される。半導体ウエハプロセスチャンバは、さらに、少なくとも１つのプラズマ閉じ込めリングと、複数のスペーサと、複数のシャフトとを有するプラズマ閉じ込めアセンブリを含む。プラズマ閉じ込めアセンブリは、半導体ウエハプロセスチャンバ内で第１のプラズマ閉じ込め領域を取り囲むように設けられ、複数の平行な円周状の通路を形成する。プラズマ閉じ込めアセンブリは、第１のプラズマ閉じ込め領域を形成する広がった位置と、第２のプラズマ閉じ込め領域を形成する後退した位置とをとるように構成可能である。
【００２１】
本発明によって、数多くの利点がもたらされる。本発明によって得られる大きな効果および利点の１つは、シングルチャンバを複数のプラズマエッチングプロセスに対応させられる点にある。本発明によるシングルチャンバによって得られる効果を達成するためには、異なるメーカによる複数のチャンバを組み合わせる必要があった。システムツールの大きさおよび費用、そして組立スペースの獲得および操作を考慮に入れると、ツールを重複させるという選択肢は、非経済的で且つ非効率的である。本発明は、複数の高精度なプラズマエッチングプロセスに対応できるシングルチャンバを提供することによって、効率および経済性を最大にすることができる。
【００２２】
本発明によって得られるもう１つの大きな利点は、シングルシステムまたはチャンバにおけるプラズマエッチングプロセスを最適化できる点にある。多段階プラズマエッチングプロセスの中間エッチング工程は、多くの場合、プロセスごとに特定の構成をとって最適なエッチングを実現する必要がある。従来の技術では、固定した構成を持つシングルツールを使用することによって、複数のエッチングプロセスに渡って可能な限り最良のエッチング結果を達成できるようにするか、あるいは別々の機器およびシステムを組み合わせることによって、プロセスごとに所望の構成のチャンバを使用できるようにするかのいずれかが選択されていた。シングルツール構成を使用すると、最適な処理結果を得られない場合が多く、別々の機器およびシステムを組み合わせると、費用、移送および搬送の時間、ならびに汚染の可能性が増大する場合が多い。様々なメーカによって提供される複数のシステムからなる全体を、個々の工程段階ごとに運転および維持しようとすると、個々の設備費だけでなく、メンテナンス、トレーニング、ならびに組立品の据え付け面積および構成等の分野における運転費用も大幅に増大する。
【００２３】
本発明によって得られるもう１つの利点は、運転費用を抑えつつスループットを向上させられる点にある。本発明は、洗浄工程および堆積工程の両方に対応できる。これらの両工程をシングルチャンバ内で実施すると、チャンバライナ等の消耗品の耐用年数が増し、さらに、湿式洗浄工程ならびに他の洗浄および／またはメンテナンス工程が各種のエッチングプロセスに分散する場合はこれらの工程のダウンタイムも短縮するので、製造装置のさらなる効率利用が可能になり、ひいてはスループットの増大も可能になる。
【００２４】
本発明によって得られる他の利点は、本発明の原理を例示する添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２５】
本発明は、添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明によって、容易に理解することが可能である。図中、類似の構成要素は同一の参照符号で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
複数の閉じ込め構造を使用してプラズマの容量を制御可能であるエッチングチャンバの発明が開示される。以下の説明では、本発明が十分に理解されるように数々の詳細が具体的に設定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明はこれらの具体的な詳細の一部または全部を設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化される事態を回避するため、周知のプロセス工程の詳細な説明は省略した。
【００２７】
図３Ａは、容量を設定可能であるプラズマ閉じ込め領域１４５を有するエッチングチャンバ１４０を本発明の一実施形態にしたがって示したブロック図である。エッチングチャンバ１４０は、上部電極１４２、下部電極１４４、および上部電極１４２と下部電極１４４との間に形成された小容量プラズマ閉じ込め領域１４５を含む。下部電極１４４上には、エッチングするべきウエハ１４６が配されている。
【００２８】
図３Ａに示されたエッチングチャンバ１４０は、小容量のプラズマ閉じ込めに対応して構成されている。図中のプラズマ閉じ込めリング１６０は、ウエハ１４６の外周付近に側限境界を設けることによって、小容量プラズマ閉じ込め領域１４５を形成している。本発明によるプラズマ閉じ込めリング１６０は、閉じ込めアセンブリを形成しており、図３Ａに示されたような小容量プラズマ閉じ込め領域１４５を形成する位置と、小容量プラズマ閉じ込め領域１４５から後退してもっと大容量の領域をプラズマエッチングチャンバ１４０内に形成する位置とをとるように構成される。図３Ａに示されたような構成の小容量プラズマ閉じ込め領域１４５では、平行な電極である上部電極１４２および下部電極１４４の周囲にプラズマ閉じ込めリング１６０が配され、プラズマ閉じ込めリング１６０、上部電極１４２、および下部電極１４４が小容量プラズマ閉じ込め領域１４５の境界を形成している。
【００２９】
一実施形態では、プラズマ閉じ込めリング１６０は、クォーツやシリカ等の材料からなる複数のプラズマ閉じ込めリング１６０を、各リング間に間隔を設けた状態で積み重ねたものである。これらの間隔は、エッチングチャンバ１４０から排出される小容量プラズマ１４７の使用済みガスが小容量プラズマ閉じ込め領域１４５から排出される際に通る、個々の平行な円周状スロットすなわち通路を形成している。スロットすなわち通路は、プラズマ閉じ込めリング１６０を通って排出されるガス流と直角を成す方向に間隔を開けており、さらに、残存しているあらゆる荷電粒子を中性化し、おおよそ中性プラズマのみをエッチングチャンバ１４０から排出させるように構成されている。
【００３０】
図３Ｂは、容量を設定可能である大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’を有するエッチングチャンバ１４０を本発明の別の一実施形態にしたがって示したブロック図である。エッチングチャンバ１４０は、上部電極１４２、下部電極１４４、および上部電極１４２と下部電極１４４との間に形成された大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’を含む。下部電極１４４上には、エッチングするべきウエハ１４６が配されている。図３Ｂに示されたエッチングチャンバ１４０は、図３Ａに示されたエッチングチャンバ１４０と構造的にほぼ同一である。
【００３１】
図３Ｂに示されたエッチングチャンバ１４０は、大容量のプラズマ閉じ込めに対応して構成されている。図中のプラズマ閉じ込めリング１６０ａは、退いて、すなわち後退してプラズマ閉じ込め領域を開くとによって、大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’を形成している。大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’の側限境界は、外側プラズマ閉じ込め構造１６２をともなったエッチングチャンバ１４０の内壁であり、この内壁は、大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’の外側の境界を形成し、なおかつ中性プラズマの排出を可能にしている。本発明による外側プラズマ閉じ込め構造１６２の一実施形態は、クォーツやシリカ等の材料からなる物理構造であり、この物理構造の内部には、大容量プラズマ１４７からの中性プラズマを排出口およびターボポンプ（不図示）に排出することを可能にすると共に残存するあらゆる荷電粒子を消滅させるための複数の開口部が設けられている。別の一実施形態では、外側プラズマ閉じ込め構造１６２は磁気構造をとっており、エッチングチャンバ１４０からの使用済みガスを排出する前に、残存するあらゆる荷電粒子を磁気エネルギによって放出するように構成される。
【００３２】
図４は、容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバ２００を本発明の一実施形態にしたがって示している。エッチングチャンバ２００は、トップ電極１４２と、その上に半導体ウエハ１４６を配されたボトム電極１４４とを含む。図中のエッチングチャンバ２００は、小容量のプラズマ閉じ込めに対応して構成されており、小容量プラズマ閉じ込め領域１４５の側限境界を形成するように配されたプラズマ閉じ込めリング１６０を有している。トップ電極１４２およびその上に半導体ウエハ１４６を配されたボトム電極１４４は、それぞれ小容量プラズマ閉じ込め領域１４５の上限境界および下限境界を形成している。
【００３３】
容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバ２００は、エッチングチャンバ２００が大容量のプラズマに対応している場合にプラズマ閉じ込め構造１６２として有効である外側プラズマ閉じ込め構造１６２を含んでいる。この外側プラズマ閉じ込め構造１６２は、エッチングチャンバ２００が小容量のプラズマに対応している場合はそのままの位置に留まり、エッチングチャンバ１４０からターボポンプ２０２を経て排出される中性プラズマが通過しなくてはならない邪魔板として機能する。
【００３４】
一実施形態では、プラズマ閉じ込めリング１６０は、上部電極１４２の周辺端部と下部電極１４６の周辺端部との間に広がるように構成されるので、ＲＦエネルギの供給による反応ガスの電離によって生じるプラズマは、閉じ込めリング１６０と電極１４２，１４４との間に形成された、ウエハ１４６の表面のすぐ上方に位置する小容量プラズマ閉じ込め領域内に閉じ込められる。プラズマ閉じ込めリング１６０は、複数の環状リング１６０で構成されるスロット付きの閉じ込めシールドを形成している。環状リング１６０はシリカやクォーツ等の誘電体で構成されており、隣り合った各リングはスペーサ１７０によって隔てられ、排出される中性プラズマが通る円周状のスロットすなわち通路をリング１６０間に形成している。したがって、円周状のスロットは、その中を通るプラズマ流すなわちガス流と直角を成す方向に互いに隔たれた平行な通路を形成している。
【００３５】
スペーサ１７０は、やはりシリカやクォーツ等の誘電体か、あるいは炭化ケイ素やドープドケイ素等の導電体で構成され、スロットすなわち通路は、閉じ込めリング１６０およびエッチングチャンバ２００を経てターボポンプ２０２から排出される排ガスに含まれるあらゆる荷電粒子を消滅させるように構成される。一実施形態では、外側プラズマ閉じ込め構造１６２は、プラズマからの排ガスがターボポンプ２０２へと流れる際に通過する邪魔板として機能する。また、エッチングチャンバ２００からターボポンプ２０２への排出は、排ガスに含まれる残留イオンまたはポリマ残留物がターボポンプ２０２に流れ込むのを阻止する複数の邪魔板（不図示）をともなう。
【００３６】
一実施形態では、プラズマ閉じ込めリング１６０はシャフト１７２によって連結されている。シャフト１７２は、ナイロン等の軽量で且つ低い微粒子生成物質で構成することができ、閉じ込めリング１６０およびスペーサ１７０をサポートするように構成される。スペーサは、閉じ込めリング１６０間のシャフト１７２を取り囲む位置に、スライド調節によって伸縮するように構成されており、リング間に所望の間隔を形成することによって、プラズマ閉じ込めリング１６０が広がって小容量プラズマ閉じ込め領域１４５を形成した際に、スロットすなわち通路を横切るプラズマのあらゆる荷電粒子すなわち電子を中性化できるようにしている。プラズマ閉じ込めリング１６０、スペーサ１７０、およびシャフト１７２は、あわせて閉じ込めアセンブリ１７３を形成する。一実施形態では、閉じ込めアセンブリ１７３は、少なくとも１つの閉じ込めリング１６０を含む。別の一実施形態では、閉じ込めアセンブリ１７３は、６つでひと纏まりのプラズマ閉じ込めリング１６０を含む。閉じ込めアセンブリ１７３が後退し、大容量プラズマ閉じ込め領域１４５（図５を参照のこと）を構成するとき、シャフト１７２は閉じ込め領域１４５から退いて、隣接するリング１６０間のスペーサ１７０を壊すことによって、ひと纏まりのプラズマ閉じ込めリング１６０を破壊する。
【００３７】
プラズマ閉じ込めリング１６０が後退すると、エッチングチャンバ２００内に構成されたチャンバライナ１６４および外側プラズマ閉じ込め構造１６２にまで境界が広がり、大容量のプラズマが形成される。周知のように、プラズマエッチング工程は、結果としてＲＦ信号の干渉や温度のばらつきをもたらすうえに、ポリマ堆積物の生成およびそれを原因とした微粒子汚染をも引き起こす。ポリマ堆積物は、一般に、小容量プラズマ閉じ込め構成では問題にならない。小容量プラズマ閉じ込め構成内のポリマ堆積物は、一般に、酸素プラズマを使用して素早く洗浄される。しかしながら、大容量プラズマ閉じ込め構成には、このポリマ堆積物の問題がある。したがって、本発明の一実施形態では、熱的安定性、適切なＲＦ帰地経路、および最短ダウンタイムのサービスを実現できるように、チャンバライナ１６４，１６６を組み込んでいる。上部チャンバライナ１６４は、外側プラズマ閉じ込め構造１６２に取り付けられ、下部チャンバライナ１６６は、エッチングチャンバ２００の下部領域の壁の内側に、外側プラズマ閉じ込め構造１６２からエッチングチャンバ２００および排気用ターボポンプ２０２の基部にかけて設けられる。
【００３８】
図５は、容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバ２００を本発明の別の一実施形態にしたがって示している。図５に示されたエッチングチャンバ２００は、大容量のプラズマの閉じ込めに対応して構成される。プラズマ閉じ込めリング１６０ａは、エッチングチャンバ２００から退いて、すなわち後退して、上部チャンバライナ１６４、外側プラズマ閉じ込め構造１６２、上部電極１４２、および下部電極１４４によって形成された大容量の領域に、大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’を形成している。図示された実施形態では、プラズマ閉じ込めリング１６０ａは、上蓋構造すなわちチャンバ蓋構造を通って退いている、すなわち後退している。プラズマ閉じ込めリング１６０ａは、あるいは、チャックおよび／または電極１４４の構造へと退いても良い、すなわち同構造へと後退しても良い。
【００３９】
図５に示された大容量プラズマ閉じ込め構成では、より大容量の閉じ込め領域１４５がプラズマで満たされるので、高バイアス電圧および高プラズマ流を低圧の状態で得ることが可能である。このようなプラズマは、一般に、より多量のポリマを大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’内のチャンバ表面に堆積させる。したがって、上部チャンバライナ１６４が必要とされる。また、下部チャンバライナ１６６が必要とされるのは、プラズマ残留物が、エッチングチャンバ２００からターボポンプ２０２へと排出される中性プラズマ流と共に外側プラズマ閉じ込め構造１６２を通って流れ、次第に蓄積されていくからである。
【００４０】
外側プラズマ閉じ込め構造１６２は、大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’の境界を形成すると共に、ほぼ中性のプラズマ中に残存するありとあらゆるイオンや電子、荷電種の中性化を促進するように構成される。したがって、プラズマシースが大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’内に閉じ込められる一方で、使用済みのプラズマガスは外側プラズマ閉じ込め構造を通って流れ出す。本発明の一実施形態では、外側プラズマ閉じ込め構造１６２は、密度および流量が望ましい範囲内にあるプラズマシースを実現できるように、垂直軸１８０に沿った配置に構成することが可能である。外側プラズマ閉じ込め構造１６２をこのように配置すると、プラズマ閉じ込めリング１６０が広がった状態にある小容量プラズマ閉じ込め領域１４５（図４）と、図５に示された大容量プラズマ閉じ込め領域１４５’との間に、いくらかの違いをもたせることが可能になる。なお、外側プラズマ閉じ込め構造１６２の配置が可変であるためには、下部チャンバライナ１６２をチャンバの内壁を適切に且つ連続的に覆うように構成する必要がある。可変である外側プラズマ閉じ込め構造１６２の配置は、外側プラズマ閉じ込め構造１６２がエッチングチャンバ２００の内部の中間領域の近くにあって下部電極１４４の上面とほぼ同じ高さに位置する大容量プラズマ状態１６２ａから、外側プラズマ閉じ込め構造１６２がエッチングチャンバ２００の内部の下部領域の近くに位置する最大容量プラズマ状態１６２ｂまで及ぶ。一実施形態では、閉じ込め状態を可変にするために、複数のチャンバライナ１６４，１６６を利用している。例えば、所望のプラズマ容量に応じ、上部チャンバライナ１６４に一体化された外側プラズマ閉じ込め構造１６２を有するチャンバライナ１６４，１６６が選択される。このように、所望のプラズマ容量に適したエッチングチャンバ２００を構成するために、複数のチャンバライナ１６４，１６６構造のうちの任意の一構造が利用される。
【００４１】
このような構成をもってすれば、容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバ２００は、所望のエッチングプロセスに応じた最適なプラズマ容量を実現することができる。本発明による同様の実施形態は、小容量のプラズマ閉じ込めに対応して構成することも可能である。つまり、プラズマ閉じ込めアセンブリが広がった状態、すなわちプラズマ閉じ込めリングが小容量プラズマ閉じ込め領域を形成している状態からスタートし、広がった位置から後退した位置までプラズマ閉じ込めリングを推移させることによって、大容量の閉じ込め領域を形成することも可能である。同一のプロセスチャンバが、大容量プラズマ閉じ込めプロセスチャンバおよび小容量プラズマ閉じ込めプロセスチャンバのいずれとして構成されるかは、プラズマ閉じ込めアセンブリが、広がった位置すなわち閉位置から後退した位置すなわち開位置へと推移するか、あるいは後退した位置から広がった位置へと推移するかによる。また、このプロセスチャンバを大容量プラズマ閉じ込め用として構成した場合は、外側プラズマ閉じ込め構造の調整によって大容量プラズマ閉じ込めの大きさを変動させることが可能である。
【００４２】
再び図１に示されたデュアルダマシンの例に戻る。工程１０２の第１のエッチングプロセスは、図５に示されたような大容量プラズマ閉じ込め構成によって最適に実施される。大容量プラズマ閉じ込め構成を使用すると、高バイアスで且つ高流量のプラズマが低圧の状態で得られるので、均一で且つ制御されたエッチングが可能である。
【００４３】
次の第１のフォトレジスト除去１０４は、図４に示されたような小容量の酸素プラズマ閉じ込め構成によって最適に実施される。小容量プラズマ閉じ込め構成は、酸素プラズマによるエッチングに最適である。この構成は、ウエハに対するイオンエネルギの低い状態で高密度のプラズマを得ると共に、フォトレジスト除去の工程にとって最も望ましい高エッチング速度を実現することができる。
【００４４】
次の特徴のパターン形成後は、第２のエッチングプロセス１０８が実施される。図１を参照にして上述されたように、第２のエッチングプロセス１０８は、所望のエッチングの構造および程度に応じ、小容量プラズマおよび大容量プラズマのいずれかによって最適化することが可能である。一般に、随意のエッチング停止層が含まれる場合は、図５に示された大容量プラズマ閉じ込め構成が最適な構成である。エッチング停止層は、誘電体層にとって最も効果的である特定のエッチング化学剤を急速に進行させない障壁層として機能する。一般に、このような特定のエッチングプロセスでは、大容量プラズマ閉じ込め構成が有する高流量・高バイアスの特性が望まれる。また、図５を参照にしながら説明された、配置が可変である外側プラズマ閉じ込め構造１６２をもってすれば、この外側プラズマ閉じ込め構造１６２をエッチングチャンバ２００内の高めの位置に配置し、プラズマ閉じ込め領域１４５を狭めることによって、最も適した容量のエッチング用プラズマを得ることが可能である。
【００４５】
随意のエッチング停止層が利用されない場合は、おそらく、小容量プラズマ閉じ込め構成が最適な構成であると考えられる。上部の誘電体層を正確にエッチングし、第２の誘電体層で停止するためには、小容量プラズマ閉じ込め構成によって実現される、高密度および高エッチング速度の特性が望ましい。
【００４６】
一般に、第２のフォトレジスト除去１１０およびＳｉＮエッチング１１２は、共に小容量プラズマ閉じ込め構成によって最適に実施される。一般に、このようなプロセスでは、高密度のエッチングが好ましい。上述されたように、低バイアスであること、あるいはウエハに対するイオンエネルギが低いことが好ましく、また、下層である誘電体のスパッタリングを最小限に抑えることが考慮される場合には、ＳｉＮエッチングにとってもこれらの特徴が好ましい。
【００４７】
一実施形態では、容量を設定可能であるこのプラズマ閉じ込めエッチングチャンバは、全てのエッチング工程に適している。チャンバの一構成は、洗浄モードの工程に対して最適化されており、チャンバのもう一構成は、堆積モードの工程に対して最適化されている。したがって、容量を設定可能であるシングルプラズマ閉じ込めエッチングチャンバは、ストリッピング、窒素エッチング工程、および酸素エッチング工程の全てに適している。したがって、互いに共存できる複数のチャンバをシングルシステム内において組み合わせれば、多機能のシングルシステムツールの利用によって費用を最小限に抑えられると共に最短の移送時間またはダウンタイムで高いスループットを得られる最適な半導体ウエハ製造を実現することができる。
【００４８】
以上の説明では、発明の明瞭な理解を促す目的で一部の項目を特定したが、添付した特許請求の範囲の範囲内ならば、一定の変更および修正を加えられることは明らかである。したがって、上述した実施形態は、例示的なものであって限定的なものではなく、本発明は、上述した詳細に限定されることなく、添付した特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】代表的なＶｉａ−Ｆｉｒｓｔデュアルダマシン製造プロセスのエッチングプロセス法の各工程を示したフローチャートである。
【図１Ｂ】障壁層と、第１の誘電体層と、エッチング停止層と、第２の誘電体層とを堆積された代表的な基板を示した図である。
【図１Ｃ】ビア１３０のエッチング後における図１Ｂの代表的な構造を示した図である。
【図１Ｄ】デュアルダマシン構造の製造時にエッチングプロセスを使用して完成された特徴を示した図である。
【図２Ａ】エッチングチャンバ内の代表的な小容量プラズマ閉じ込め環境を示したブロック図である。
【図２Ｂ】エッチングチャンバ内の代表的な大容量プラズマ閉じ込め環境を示したブロック図である。
【図３Ａ】容量を設定可能であるプラズマ閉じ込め領域を有するエッチングチャンバを本発明の一実施形態にしたがって示したブロック図である。
【図３Ｂ】容量を設定可能であるプラズマ閉じ込め領域を有するエッチングチャンバを本発明の別の一実施形態にしたがって示したブロック図である。
【図４】容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバを本発明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図５】容量を設定可能であるプラズマ閉じ込めエッチングチャンバを本発明の別の一実施形態にしたがって示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１２０…基板
１２２…第１の誘電体層
１２４…第２の誘電体層
１２６ａ…障壁層
１２６ｂ…エッチング停止層
１２８ａ…フォトレジスト層
１２８ｂ…フォトレジスト
１３０…ビア
１３２…トレンチ
１４０…エッチングチャンバ
１４２…上部電極
１４４…下部電極
１４５…小容量プラズマ閉じ込め領域
１４５’…大容量プラズマ閉じ込め領域
１４６…ウエハ
１４７…小容量プラズマ
１４８…閉じ込めリング
１５０…プラズマ閉じ込め構造
１６０…プラズマ閉じ込めリング
１６０ａ…プラズマ閉じ込めリング
１６２…外側プラズマ閉じ込め構造
１６２ａ…大容量プラズマ状態
１６２ｂ…最大容量プラズマ状態
１６４…上部チャンバライナ
１６６…下部チャンバライナ
１７０…スペーサ
１７２…シャフト
１７３…閉じ込めアセンブリ
１８０…垂直軸
２００…エッチングチャンバ
２０２…ターボポンプ
【図１Ａ】
2005521229.tif 000003
【図１Ｂ】
2005521229.tif 000004
【図１Ｃ】
2005521229.tif 000005
【図１Ｄ】
2005521229.tif 000006
【図２Ａ】
2005521229.tif 000007
【図２Ｂ】
2005521229.tif 000008
【図３Ａ】
2005521229.tif 000009
【図３Ｂ】
2005521229.tif 000010
【図４】
2005521229.tif 000011
【図５】
2005521229.tif 000012
【国際調査報告】
2005521229.tif 000013
2005521229.tif 000014
2005521229.tif 000015