(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層エッチング装置であって、
内部に反応チャンバが設けられた反応空間と、
前記反応チャンバ内に設けられて前記反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割する、バッフルアセンブリとを備え、前記バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを備え、前記バッフルの厚み方向に前記バッフルを貫通する貫通孔がバッフル内に設けられ、前記バッフルは前記上側チャンバ内の荷電粒子が前記下側チャンバに入るのを防止し、かつ活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容するために接地または直流（ＤＣ）バイアス電源に接続され、前記上側チャンバは反応チャンバ内にガスを供給するためのガス入口が設けられ、前記下側チャンバはウェハを保持するための支持構成要素と前記反応チャンバからガスを排出するためのガス出口が設けられ、原子層エッチング装置はさらに、
前記上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するために用いられる第１のプラズマ発生装置と、
前記下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するために用いられる第２のプラズマ発生装置とを備え、
前記第１のプラズマ発生装置は、前記上側チャンバ内にプラズマを生成するために使用され、プラズマ中の前記活性中性粒子はウェハの表面上に吸着され、
前記第２のプラズマ発生装置は、前記下側チャンバ内にプラズマを生成するために使用され、前記活性中性粒子が吸着された前記ウェハの表面に放射線を当てる、原子層エッチング装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのバッフルは複数のバッフルを備え、垂直方向に一定の間隔で配置され、前記複数のバッフルの中の一番上にあるバッフルは接地される、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項３】
前記複数のバッフルの中の一番底にあるバッフルと前記支持構成要素との間の距離は５ｃｍから５０ｃｍの範囲内にある、請求項２に記載の原子層エッチング装置。
【請求項４】
隣接するバッフル間の距離は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲内にある、請求項２に記載の原子層エッチング装置。
【請求項５】
前記バッフルは０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚みを有する、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項６】
前記貫通孔は１０μｍから１０ｍｍの範囲の径方向寸法を有する、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項７】
前記バッフルは金属部、グラファイト部またはコーティングされた金属部である、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項８】
前記第１のプラズマ発生装置は前記反応チャンバの上部で誘電体窓上に設けられたコイルと第１の無線周波数(ＲＦ)電源とを備え、前記第２のプラズマ発生装置は前記支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備える、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項９】
第１のガス入口は前記上側チャンバの上部に設けられて反応ガスを前記反応チャンバ内に導入するために使用され、第２のガス注入口は前記上側チャンバの側部に設けられて前記反応チャンバ内にパージガスを導入するために用いられる、請求項１に記載の原子層エッチング装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の前記原子層エッチング装置を用いる原子層エッチング方法であって、方法は、
前記支持構成要素上に反応のためにウェハを配置するステップＳ１と、
前記反応チャンバ内に反応ガスを導入し、前記上側チャンバに入った前記反応ガスをプラズマに励起するために前記第１のプラズマ発生装置を開始するステップＳ２とを備え、前記プラズマ内の活性中性粒子は前記バッフルアセンブリの通過が許容され、前記上側チャンバから前記下側チャンバに進み前記ウェハの表面上に吸着し、前記プラズマ内の荷電粒子は前記バッフルアセンブリにより前記上側チャンバから前記下側チャンバに進むことが防止され、方法はさらに、
前記反応ガスの導入を停止し、前記第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３と、
前記反応チャンバ内にパージガスを導入し、反応残滓を前記反応チャンバから前記ガス出口を介して排出するステップＳ４と、
前記パージガスの導入を停止するステップＳ５と、
前記反応チャンバ内に反応ガスを導入し、前記下側チャンバに入った反応ガスをプラズマに励起するために前記第２のプラズマ発生装置を開始し、前記活性中性粒子が吸着された前記ウェハの前記表面に放射線を当てるステップＳ６と、
前記反応ガスの導入を停止し、前記第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７と、
パージガスを前記反応チャンバ内に導入し、反応残滓を前記反応チャンバから前記ガス出口を介して排出するステップＳ８と、
前記パージガスの導入を停止するステップＳ９と、
前記ステップＳ２からＳ８をエッチ深さが所定の値に達するまで繰り返すステップとを備える、原子層エッチング方法。
【請求項１１】
前記第１のプラズマ発生装置は前記反応チャンバの上部で誘電体窓上に設けられたコイルと前記コイルに接続された第１の無線周波数（ＲＦ）電源とを備え、前記第１のプラズマ発生装置を開始するステップＳ２は前記第１のＲＦ電源の出力電力を１００Ｗから１０００Ｗの範囲内に設定するステップを備え、第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３は前記第１のＲＦ電源の出力電力を０に設定するステップを備える、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１２】
前記第２のプラズマ発生装置は前記支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備え、前記第２のプラズマ発生装置を開始するステップＳ６は前記第２のＲＦ電源の出力電力を３０Ｗから１００Ｗの範囲内に設定するステップを備え、前記第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７は前記第２のＲＦ電源の前記出力電力を０に設定するステップを備える、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１３】
前記ステップＳ２における前記反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃｌ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｂｒ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、およびＯ２の少なくとも１つである、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１４】
前記ステップＳ２における前記反応ガスはＣｌ２であり、５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する、請求項１３に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１５】
前記ステップＳ６における前記反応ガスは非活性ガスである、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１６】
前記ステップＳ６における前記非活性ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも１つである、請求項１５に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１７】
前記ステップＳ６における前記反応ガスはＨｅであり、１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する、請求項１６に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１８】
第１のガス入口は前記上側チャンバの上部に設けられ、前記反応ガスは前記第１のガス入口を介して反応チャンバに入り、第２のガス入口は前記上側チャンバの側部上に設けられ、前記パージガスは前記第２のガス入口を介して前記反応チャンバ内に入る、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項１９】
前記バッフルアセンブリは３つのバッフルを備え、垂直方向に一定距離で配置され、前記３つのバッフルの中の一番上と一番底のバッフルは接地され、前記３つのバッフルの中の中間のバッフルは直流(ＤＣ)バイアス電源に接続される、請求項１０に記載の原子層エッチング方法。
【請求項２０】
前記ＤＣバイアス電源の出力電圧は５Ｖから１００Ｖの範囲にある、請求項１０から１９のいずれか１項に記載の原子層エッチング方法。
【請求項２１】
前記ＤＣバイアス電源の出力電圧は１０Ｖから５０Ｖの範囲にある、請求項２０に記載の原子層エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明はエッチングの分野に関し、特に原子層エッチング装置および同装置を用いる原子層のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
現在、原子層体積（ＡＬＤ）技術は、電界効果トランジスタのhigh-Kゲート誘電体層を製造するための主流のプロセスとして、半導体業界において幅広く適用されてきた。これに関連した減法処理で、原子層エッチング（ＡＬＥ）技術もまた、適用の必要性があり開発されてきた。ＧａＡｓ原子層エッチングを達成する最初の解決策はＣｌ２吸着および電子ビームエッチングを交互に実行することである。関連技術における原子層エッチング技術は長いエッチングサイクル、低いエッチング効率、複雑な装置など多くの欠点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
要約
本発明は関連技術における技術的な問題の１つを少なくとも一定程度解決することを目的とする。この目標のために、本発明の目的は、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮し、単純な構造を有する原子層エッチング装置を提案することである。
【０００４】
本発明の他の目的は本発明によって設けられた原子層エッチング装置を用いる原子層エッチング方法を提案することであり、それもまたエッチング速度を著しく改善し、エッチングサイクルを短縮し、使用される装置の複雑さを低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態による原子層エッチング装置は、その内部に反応チャンバが設けられる、反応空間と、反応チャンバ内に設けられ反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割するバッフルアセンブリとを備え、バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを備え、バッフルの厚み方向にバッフルを貫通する貫通孔がバッフル内に設けられ、バッフルは接地されるか直流（ＤＣ）バイアス電源に接続され、上側チャンバ内の荷電粒子が下側チャンバ内に入るのを防止し、活性中性粒子が下側チャンバ内に入るのを許容し、上側チャンバは反応チャンバ内にガスを供給するためのガス入口が設けられ、下側チャンバにはウェハを保持するための支持構成要素と反応チャンバからのガスを排出するためのガス出口とが設けられ、原子層エッチング装置はさらに、上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起する、第１のプラズマ発生装置と、下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起する、第２のプラズマ発生装置を備える。
【０００６】
任意に、少なくとも１つのバッフルは複数のバッフルを備え、一定の間隔で主直方向に配置され、複数のバッフルの中の一番上のバッフルは接地される。
【０００７】
任意に、複数のバッフルの中の底のバッフルと支持構成要素との間の距離は５ｃｍから５０ｃｍの範囲にある。
【０００８】
任意に、隣接するバッフルの間の距離は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。
任意に、バッフルは０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚さを有する。
【０００９】
任意に貫通項は１０μｍから１０ｍｍの範囲の径方向の寸法を有する。
任意に、バッフルは金属部、グラファイト部またはコーティングされた金属部である。
【００１０】
任意に、第１のプラズマ発生装置は誘電体窓上に反応チャンバの上部に設けられるコイルと、第１の無線周波数（ＲＦ）電源とを備え、第２のプラズマ発生装置は支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備える。
【００１１】
任意に、第１のガス入口は上側チャンバの上部に設けられ反応ガスを反応チャンバ内に導入するために使用され、第２のガス入口は上側チャンバの側部に設けられパージガスを反応チャンバ内に導入するために使用される。
【００１２】
本発明で設けられた原子層エッチング装置において、反応チャンバ内で設置された直流電源と接続されたバッフルアセンブリを提供することにより、活性中性粒子はプラズマ内の荷電粒子から分離され、活性中性粒子はバッフルアセンブリを通過し、下側チャンバ内のウェハの表面へ吸着され、これにより旧来の反応ガス吸着を活性粒子を用いた化学的吸着への置換を達成する。本発明における吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するだけでなく、化学的吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減し活性粒子の強い吸着力によりプロセスのコストを下げる。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明に採用され、装置の複雑性を低減して単純で信頼性のある構造を有する原子層エッチング装置を得ることができ、これによりイオンビーム／中性粒子を用いる脱離が採用された装置と比較して大量生産を促進する。
【００１３】
他の態様として、本発明は本発明で設けられた原子層エッチング装置を用いる原子層エッチング方法をさらに提供し、方法は、支持要素上の反応のためのウェハを位置するステップＳ１と，反応チャンバ内に反応ガスを導入し、上側チャンバに入った反応ガスをプラズマに励起する第１のプラズマ発生装置を開始し、プラズマ内の活性中性粒子はバッフル内の通過と、上側チャンバから下側チャンバに入り込みウェハの表面への吸着を許容され、プラズマ内の荷電粒子はバッフルアセンブリによって上側チャンバから下側チャンバに入り込むのが防止されるステップＳ２と、反応ガスの注入を停止し、第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３と、パージガスを反応チャンバ内に導入し、ガス出口を介して反応チャンバから反応残滓を排出するステップＳ４と、パージガスの導入を停止するステップＳ５と、反応チャンバ内に反応ガスを導入し下側チャンバに入る反応ガスプラズマに励起する第２のプラズマ発生装置を開始して、そこに吸着された活性中性粒子を有するウェハの表面に放射線を当てるステップＳ６と、反応ガスの導入を停止し、第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７と、反応チャンバ内にパージガスを導入し、反応チャンバからガス出口を介して反応残滓を排出するステップＳ８と、パージガスの導入を停止するステップＳ９と、以上のステップＳ２からＳ８をエッチング深さが所定の値に達するまで繰り返すステップを備える。
【００１４】
任意に、第１のプラズマ発生装置は誘電体窓上に反応チャンバの上部に設けられるコイルとコイルに接続された第１の無線周波数（ＲＦ）電源とを備え、第１のプラズマ発生装置を開始するステップＳ２は第１のＲＦ電源の出力を１００Ｗから１０００Ｗの範囲内に設定するステップを含み、第１のプラズマ発生装置を消すステップＳ３は第１のＲＦ電源の出力を０に設定するステップを含む。
【００１５】
任意に、第２のプラズマ発生装置は支持構成要素に接続された第２のＲＦ電源を備え、第２のプラズマ発生装置を開始するステップＳ５は第２のＲＦ電源の出力を３０Ｗから１００Ｗの範囲内に設定するステップを含み、第２のプラズマ発生装置を消すステップＳ７は第２のＲＦ電源の出力を０に設定するステップを含む。
【００１６】
任意に、ステップＳ２における反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃｌ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｂｒ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｏ２およびＳｉＯ２の少なくとも１つである。
【００１７】
任意に、ステップＳ２における反応ガスはＣｌ２であり、５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内の流率を有する。
【００１８】
任意に、ステップＳ６における反応ガスは不活性ガスである。
任意に、ステップＳ６における不活性ガスはＨｅ、Ｎｉ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも１つである。
【００１９】
任意に、ステップＳ６における反応ガスはＨｅであり、１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内の流率を有する。
【００２０】
任意に、第１のガス入口が上側チャンバの上部に設けられ、反応ガスは第１のガス入口を介して反応チャンバに入り、パージガスは第２のガス入口を介して反応チャンバに入る。
【００２１】
任意に、バッフルアセンブリは垂直方向に一定の間隔で３つのバッフルを備え、３つのバッフルのうち一番上のものと一番底のものは接地され、３つのバッフルのうちの中間のバッフルは直流(ＤＣ)バイアス電源に接続される。
【００２２】
任意に、ＤＣバイアス電源の出力電圧は５Ｖから１００Ｖの範囲にある。好ましくは、ＤＣバイアス電源の出力電圧は１０Ｖから５０Ｖの範囲にある。
【００２３】
本発明で設けられた原子層エッチング方法において、活性中性粒子のプラズマ内の荷電粒子からの分離が達成され、活性中性粒子はウェハの表面上に吸着され得るので、旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成される。本発明における吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するのみならず、化学的吸着相における反応ガスの量を大きく低減し活性粒子の強い吸着力によるプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、本発明におけるパージガスのプラズマイオンを用いる吸着は、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減するのみならず、イオンビーム／中性粒子ビームを用いる吸着が採用された方法と比較して、大量生産の促進も可能である。
【００２４】
図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のある実施形態による原子層エッチング装置の概念図である。
【図２】本発明のある実施形態によるバッフルアセンブリの概念図である。
【図３】本発明のある実施形態によって設けられた原子層エッチング装置を用いるエッチング過程の概念図である。
【図４】本発明のある実施形態によるエッチング方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
詳細な説明
本発明の実施形態は以下に詳細に説明され、実施形態の例は添付の図面に示され、図面では同一または類似の参照番号は全体を通じて同一または類似の要素または同一または類似の機能を有する要素を差し示す。図面を参照して説明される以下の実施形態は例示的であり本発明を説明することが意図され本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２７】
本発明の説明において、「厚み」、「上」、「下」、「上部」、「底」、「内側」、「外側」、「径方向」またはそれに類するものなどの用語で表示された向きまたは位置関係は図面に示された向きまたは位置関係であり、単に本発明の説明を促進し単純化する目的のものであり、含まれた装置または要素が特定の向きを有したり特定の向きに設計され操作されなければならないことを指示しまたは提示するものではなく、こうして本発明を限定するものと解釈されるべきでないことが理解されるべきである。
【００２８】
加えて、「第１の」、「第２の」などの用語は、単に説明の目的で使用され、相対的重要性を指示または提示したり、含まれる技術的特徴の数を暗黙に指示するものと解釈されるべきではない。本発明の説明において、「複数の」という表現は、具体的にそれ以外に規定されない限り２またはそれ以上を示す。
【００２９】
本発明のエッセンスは原子層エッチング装置および同装置を使用するエッチング方法を提供することである。原子層エッチング装置の反応チャンバにおいて、反応チャンバを上側チャンバと下側チャンバとに分割可能なバッフルアセンブリが設けられる。バッフルアセンブリは少なくとも１つのバッフルを含み、それぞれの内部には厚み方向にバッフルを貫通する貫通孔が設けられる。それぞれのバッフルはグラウンドに電気的に接続され（以下では単に「接地された」という）るかＤＣバイアス電源に接続され、上側チャンバ内の荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止し活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容する。さらに、原子層エッチング装置はまた上側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するための第１のプラズマ発生装置と、下側チャンバに入ったガスをプラズマに励起するための第２のプラズマ発生装置が設けられる。原子層エッチング装置および原子層エッチング方法を基礎として、旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成される。さらに、本発明における吸着粒子は活性粒子であり、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮するだけでなく、化学的吸着相において用いられるエッチングのための反応ガスの量を大きく低減しプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明に採用され、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減するだけでなく、イオンビーム／中性粒子ビームを用いる脱離と比較して大量生産も促進する。
【００３０】
本発明のある具体的な実施形態による原子層エッチング装置１００の構造は図１および図２を参照して詳細に以下に説明される。ここで、本実施形態で設けられる原子層エッチング装置１００はウェハ２０１をエッチングするために使用され、それはＳｉ、Ｇｅ、Ｃまたはこれらに類するものなどの単一の要素のウェハ素材部でもよく、ＧａＡｓ、ＧａＮまたはこれらに類するものなどの混合物のウェハ素材部でもよい。
【００３１】
本実施形態で設けられた原子層エッチング装置１００は反応空間１、バッフルアセンブリ２０３、第１のプラズマ発生装置、パージアセンブリ２０７、抽出装置２１２、支持構成要素２０２および第２のプラズマ発生装置を備える。
【００３２】
ここで、反応空間１は反応チャンバ１０を規定して形成し、バッフルアセンブリ２０３は反応チャンバ１０を上側チャンバ２１３と下側チャンバ２１４とに分割するために反応チャンバ１０内に設けられる。ガス出口２１７は下側チャンバ２１４の底壁に設けられ、設定された真空ポンプでもよい抽出装置２１２は、ガス出口２１７に直接接続される。反応ガスを反応チャンバ１０内に導入するための吸入ノズル２０４が設けられた第１のガス出口２１６は上側チャンバの上部（すなわち上側チャンバ２１３の上壁内）に設けられ、パージアセンブリ２０７に接続されパージガスを反応チャンバ１０に供給するために使用される第２のガス入口２１５は上側チャンバ２１３の側面（すなわち上側チャンバ２１３の側壁内）に設けられる。実践的な適用例において、第２のガス入口２１５は下側チャンバ２１４の側壁内に設けられてもよい。第１のガス入口２１６を第２のガス入口２１５と分離することにより、反応チャンバ１０内のそれぞれのコーナーに残る反応ガスを空にする効果は改善可能であり、次のサイクルにおける吸着プロセス上の有害な効果が回避可能である。
【００３３】
バッフルアセンブリ２０３は３つのバッフル３０３すなわち第１のバッフル３０３ａ、第２のバッフル３０３ｂおよび第３のバッフル３０３ｃを含み、垂直方向に一定間隔をおいて配置される。隣接するバッフル３０３の距離は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲内であり、３つのバッフル３０３の間で、上側チャンバ２１３内でプラズマ４０２と直接接触するバッフル３０３（すなわち図２における一番上の第１のバッフル３０３ａ）は接地され、中間の第２のバッフル３０３ｂは直流バイアス電源に接続され、一番下の第３のバッフル３０３ｃは接地される。それぞれのバッフル３０３は０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚みを有し、バッフル３０３の厚み方向にバッフル３０３を貫通する貫通孔が内部に設けられる。それぞれのバッフル３０３の貫通孔３０２は均等に分散されて同一のサイズを有し、貫通孔３０２は円形、長方形またはその他の形状でもよく、それぞれの貫通孔３０２は１０μｍから１０ｍｍの範囲の径方向の寸法を有する。それぞれのバッフル３０３は金属部（たとえばアルミニウム、ステンレス鋼、またはこれらに類するもの）、グラファイト部またはコーティングされた金属部である。たとえば、バッフル３０３は陽極酸化処理された酸化アルミニウム、Ｙ２Ｏ３、ＴＩＮ、Ｓｉまたはこれらに類するもののコーティングを含むアルミニウム部でもよく、グラファイトはバッフル３０３の素材として選ばれる。
【００３４】
本発明において、バッフルアセンブリ２０３の主要な機能は荷電粒子を弾き集めることであり、上側チャンバ２１３内の荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止し活性中性粒子４０３が貫通孔３０２を通過して下側チャンバ２１４内のウェハ２０１の表面に到達するのを許容する。手短にいえば、バッフルアセンブリ２０３は上側チャンバ２１３内の荷電粒子が下側チャンバ２１４に入るのを防止するが活性中性粒子が下側チャンバ２１４に入るのを許容する。実践的な適用例において、バッフル３０３の数は本実施形態における３つに限定されず、１、２または３つよりも多くてもよいことが理解可能である。バッフル３０３の数に関わらず、それぞれのバッフル３０３は荷電粒子を集める目的で設置されてもよく、または荷電粒子を弾く目的でＤＣバイアス電源に接続されてもよい。バッフルアセンブリ２０３内に複数のバッフルがあるケースにおいて複数のバッフル３０３は垂直方向に一定の間隔で配置され、一番底にあるバッフル３０３と支持構成要素２０２との間の距離は好ましくは５ｃｍから５０ｃｍの範囲内である。加えて、実践的な適用例において、バッフルの数や形状は、バッフルアセンブリ２０３が荷電粒子が通過するのを防止するが活性中性粒子の通過を許容することを保障する限り特に限定されない。
【００３５】
本実施形態において、第１のプラズマ発生装置はコイル２０５、第１のアダプタ２０８および第１のＲＦ電源２０９を含み、上側チャンバ２１３に入った反応ガスを、高濃度プラズマであるプラズマ４０２に励起するために使用される。具体的には、コイル２０５は反応チャンバ１０の上部における誘電体窓２０６上に配置され、第１のアダプタ２０８を介して第１のＲＦ電源２０９に接続される。ここで、誘電体窓２０６はエネルギー結合の役割を担い、誘電性のセラミッククオーツまたはこれに類するもので作られてもよい。コイル２０５が誘電コイルであるとき、第１のＲＦ電源２０９はＲＦ電力をコイル２０５に提供し、コイル２０５と誘電体窓２０６の協働のもとで、コイル２０５内のＲＦエネルギーは、誘電結合の方法で反応チャンバ１０内の反応ガスに結合されて適用され、荷電粒子と活性中性粒子４０３を含むプラズマを発生させる。これはいわば、コイル２０５が誘電コイルであるとき、反応チャンバ１０内で発生されるプラズマは誘導結合プラズマである。第１のプラズマ発生装置の構造は、上側チャンバ２１３に入った反応ガスが第１のプラズマ発生装置の活動のもとでプラズマ４０２に励起され得ることが保障される限り、これに限定されないことが理解されるべきである。これとは別に、第１のプラズマ発生装置で発生されたプラズマは必ずしも誘導結合プラズマに限定されず、たとえば、力結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、連続プラズマ、パルスプラズマなど他の種類のプラズマでもよい。
【００３６】
本実施形態において、第２のプラズマ発生装置は第２のＲＦ電源、第２のアダプタ２１０および支持構成要素２０２を含み、下側チャンバ２１４に入った反応ガスをプラズマに励起するために使用される。具体的には、第２のＲＦ電源２１１は支持構成要素２０２にＲＦ電力を供給するために第２のアダプタ２１０を介して支持構成要素２０２に接続され、第２のアダプタ２１０の手段により、第２のＲＦ電源２１１によって設けられたＲＦ電力は使用の様々な要求を満たし得ることが保障される。第２のプラズマ発生装置を制御することにより、プラズマ内のイオン４０５のエネルギーはイオンが吸着された活性中性粒子４０３を有する表面原子とのみ反応する、すなわちエネルギーはウェハ２０１の表面原子の固着のみを破壊するが、表面原子の層の下の原子の著しい物理スパッタリングに帰着するほど大きくはないことが保障される。言い換えれば、下側チャンバ２１４内の反応ガスが励起されて発生されたプラズマは低エネルギープラズマである。第１のプラズマ発生装置と同様に、第２のプラズマ発生装置もまた任意の適当な構造を有し得る。
【００３７】
図１および図２に示された原子層エッチング装置１００を用いるウェハ２０１のエッチングプロセスは図３を交えて詳細に以下に説明される。プロセスは具体的には以下のステップを含む。
【００３８】
ステップＳ１１において、反応されきれいな表面を有するウェハ２０１は支持構成要素２０２上に位置づけられる。
【００３９】
ステップＳ１２において、すなわち、化学的吸着相において、反応ガスは吸入ノズル２０４を介して反応チャンバ１０内に導入される。本実施形態において、Ｃｌ２はエッチング反応ガスとして使用され、そのフロー率は５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内であり、反応チャンバ１０内のガス圧は０．５ｍＴから１００ｍＴの範囲内に制御される。第１のＲＦ電源の電力は１００Ｗから１０００Ｗの範囲内にあり、第２のＲＦ電源から支持構成要素２０２上に適用される電力は０Ｗであるので高密度プラズマ４０２は上側チャンバ（すなわち高密度プラズマ発生チャンバ）２１３内の反応ガスから形成され得て、つまり、Ｃｌ２はＲＦエネルギーによって励起されるようにイオン化されかつ分解され、最終的な粒子はＣｌイオン、Ｃｌ原子、Ｃｌ２分子および電子などを主に含む。このケースにおいて、第１のバッフル３０３ａおよび第３のバッフル３０３ｃは荷電電子のほとんどを捕えるために接地され、第２のバッフル３０３ｂはＤＣバイアス電源に接続され５Ｖから１００Ｖの範囲の電圧を有し比較的高いエネルギーを有するＣｌイオンなどの荷電粒子が弾かれこうして上側チャンバ２１３内に限定される。結果として、最終的な低エネルギーを有する活性中性粒子４０３（励起された状態のＣｌ２分子およびＣｌ原子）は気流に駆動されてバッフルアセンブリ２０３を通過し、下側チャンバ２１４に入って速やかにウェハ２０１の表面上に吸着する。粒子は活性であるので、その吸着速度は旧来のエッチングプロセスにおける反応ガスよりもはるかに大きい。
【００４０】
ステップＳ１３において、すなわち、残留反応ガスを放出する相において、反応ガスの導入は停止され、第１のプラズマ発生装置は消され、パージガスは反応チャンバ１０内の残留反応ガスを放出するためにパージアセンブリ２０７を介して反応チャンバ１０に入ることが許容され、抽出手段２１２の手段により、反応チャンバ１０内の残留ガスおよびパージガスは最終的にガス注出口２１７を介して退避される。ここで、パージガスは不活性ガスでもよい。
【００４１】
ステップＳ１４において、すなわち、脱離エッチング相において、反応ガスは吸入ノズル２０４を介して反応チャンバ１０内に導入され、第２のプラズマ発生装置は下側チャンバ２１４に入った反応ガスをプラズマに励起するために起動され、吸着された活性中性粒子を有するウェハ２０１の表面に放射線をあてる。具体的に、本実施形態において、不活性ガスＨｅは反応ガスとして使用され、そのフロー率は１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲内にあり、反応チャンバ１０内のガス圧は２００ｍＴから４Ｔｏｒｒの範囲内に制御される。第１のＲＦ電源は０Ｗであり、第２のＲＦ電源から支持構成要素２０２に適用される電力は３０Ｗから１００Ｗの範囲内にあるので、低エネルギー（１００ｅＶ未満）プラズマ４０４は下側チャンバ（すなわち低エネルギープラズマ発生チャンバ）２１４内の反応ガスから形成可能であり、これによりウェハ２０１の表面に放射線をあてる。第２のＲＦ電源の電力を制御することにより、プラズマ４０４内のイオン４０５のエネルギーはイオンが吸着された活性中性粒子を有する表面原子とのみ反応し、エネルギーはウェハ２０１の表面原子の固着を遮断するが、表面原子の層の下の原子に著しい物理スパッタリングを生じないほどには強くないよう制御される。
【００４２】
ステップＳ１５において、パージガスはパージアセンブリ２０７を介して反応チャンバ１０内に入ることが許容され、抽出装置２１２の手段により、反応チャンバ内の残留反応ガスおよびパージガスはガス出口２１７を介して最終的に排出され、反応チャンバ内のエッチング副産物４０６は排出される。
【００４３】
ステップＳ１１からＳ１５に進んだ後、ウェハ２０１の表面原子の層はエッチングされる。異なる深さのエッチングを達成するために、ステップＳ１２からＳ１５はウェハ２０１の表面上の原子がエッチ深さが所定の値に達するまで層毎にエッチングされるよう繰り返される。言い換えれば、本発明の実施形態で設けられたエッチング方法は原子層スケール上の正確なエッチング達成を可能とする。いわゆる原子層スケールとはウェハ２０１の表面にエッチングが行使された際に原子は層毎にエッチング可能であることを意味する。
【００４４】
本発明の実施形態による原子層エッチング装置１００において、バッフルアセンブリ２０３を接地またはＤＣバイアス電源に接続して提供することにより、プラズマ内の活性中性粒子はプラズマ内の荷電粒子と分離され、活性中性粒子はバッフルアセンブリ２０３の通過が許容され、下側チャンバ２１４内でウェハ２０１の表面上に吸着し、これにより旧来の反応ガス吸着の活性粒子を用いる化学的吸着に置換することが達成可能である。本発明の実施形態内の吸着粒子は活性粒子であり、こうしてエッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮可能なばかりではなく、活性量子の強い吸着力により化学吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減しプロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離は本発明の実施形態に採用され、装置の複雑性を低減して単純かつ信頼性のある構造を有する原子層エッチング装置１００を得ることができイオンビーム／中性粒子ビームを用いる脱離が採用される装置と比較して、大量生産をさらに促進する。
【００４５】
他の技術的な解決として、本発明は原子層エッチング方法をさらに提供する。本発明の具体的な実施形態で設けられる原子層エッチング方法は図４を参照して詳細に以下に説明される。方法は本発明の以上の実施形態で設けられた原子層エッチング装置の手段により実行され、具体的には以下のステップを含む。
【００４６】
ステップＳ１において、反応のためのウェハが反応チャンバ内の支持構成要素上に配置される。
【００４７】
ステップＳ２において、反応ガスが前記反応チャンバ内に導入され、第１のＲＦ電源の出力電力は１００Ｗから１０００Ｗの範囲内に設定され、すなわち、第１のプラズマ発生装置は上側チャンバに入った反応ガスを高密度プラズマに励起するために起動され、プラズマ内の活性中性粒子はバッフルアセンブリ内の通過が許容され、上側チャンバから下側チャンバに進み、ウェハの表面上に吸着する一方で、プラズマ内の荷電粒子はバッフルアセンブリに遮断されて荷電粒子は上側チャンバから下側チャンバに進むことが防止される。これはいわば、本実施形態の反応チャンバがバッフルアセンブリによって上側チャンバと下側チャンバとに分割され、バッフルアセンブリは上側チャンバの荷電粒子が下側チャンバに入るのを防止しつつ上側チャンバ内の活性中性粒子が下側チャンバに入るのを許容する機能を有する。
【００４８】
本発明の具体的な例において、バッフルアセンブリは、垂直方向に一定の間隔で配置された、３つのバッフルを含んでもよい。一番上のバッフルと一番下のバッフルは接地され、中間のバッフルはＤＣバイアス電源に接続される。ＤＣバイアス電源の出力電圧は５Ｖから１００Ｖの範囲内で、好ましくは１０Ｖから５０Ｖの範囲内である。
【００４９】
ステップＳ２において、反応ガスは上側チャンバの上部に設けられた第１のガス入口内の吸入ノズルを介して上側チャンバ内に入り、反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃｌ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｂｒ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｏ２、およびＳｉＯ２の少なくとも１つでもよい。好ましくは、ステップＳ２における反応ガスはＣｌ２であり、５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する。
【００５０】
ステップＳ３において、反応ガスの導入は停止され、第１のプラズマ発生装置は消され、つまり、第１のＲＦ電源の出力電力は０に設定される。
【００５１】
ステップＳ４において、反応チャンバ内に残った反応ガスをガス出口を介して排出するためにパージガスが導入される。具体的には、パージガスは反応チャンバ内にパージアセンブリたとえば上側チャンバの側面に設けられた第２のガス入口を介して導入されてもよく、反応残滓は最終的に抽出装置から抽出される。
【００５２】
ステップＳ５において、パージガスの導入は停止される。
ステップＳ６において、反応ガスは反応チャンバ内に導入され、第２のＲＦ電源の出力電力は３０Ｗから１００Ｗの範囲内に設定され、つまり、第２のプラズマ発生装置は下側チャンバ内に入った反応ガスを低エネルギープラズマに励起するために起動され、活性中性粒子の吸着されたウェハの表面に放射線を当てる。
【００５３】
ステップＳ６における反応ガスは非活性ガスであり、さらにたとえば、Ｈｅ、Ｎｉ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも１つでもよい。好ましくは、反応ガスはＨｅでもよく、１０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲の流率を有する。
【００５４】
ステップＳ７において、反応ガスの導入は停止され、第２のプラズマ発生装置は消され、すなわち第２のＲＦ電源の出力電力は０に設定される。
【００５５】
ステップＳ８において、反応チャンバ内に残った反応ガスをガス出口を介して排出するために、パージガスは反応チャンバ内に導入される。
【００５６】
ステップＳ９において、パージガスの導入は停止される。
上記ステップＳ２からＳ９はエッチング深さが所定の値に達するまで繰り返される。
【００５７】
本発明の実施形態で設けられた原子層エッチング方法において、活性中性粒子のプラズマ内の荷電粒子からの脱離が達成され、活性中性粒子はウェハの表面に吸着可能であるので、旧来の反応ガス吸着の活性中性粒子を用いる化学的吸着への置換が達成された。本発明の実施形態における吸着粒子は活性粒子であり、エッチング速度を著しく改善しエッチングサイクルを短縮可能であるばかりでなく、活性粒子の強い吸着力により化学的吸着相におけるエッチングのために使用される反応ガスの量を大きく低減し、プロセスコストを抑えることも可能である。加えて、パージガスのプラズマイオンを用いる脱離が本発明の実施形態に採用され、使用される原子層エッチング装置の複雑性を低減可能であるばかりでなく、イオンビーム／中性粒子ビームが採用される脱離の方法と比較して大量生産の促進もまた可能である。
【００５８】
本明細書の説明において、「ある実施形態」、「いくつかの実施形態」、「ある例」、「具体的な例」、「いくつかの例」、またはこれらに類するものなどの用語を参照とした説明は、実施形態または例を結合して説明された具体的な特徴、構造、素材、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態または例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語を用いた図示説明は必ずしも同一の実施形態または例のものではない。さらに、説明された具体的な特徴、構造、素材または特性は任意の１または複数の実施形態または例に適切な方法で組み合わされてもよい。加えて、矛盾した状況がない場合、当業者は異なる実施形態または例と本明細書で説明された異なる実施形態または例内の特徴とを取り込んで組み合わせることができる。
【００５９】
本発明の実施形態は以上に図示され説明されたが、以上に実施形態は例示的であり、本発明を限定するものと解釈されてはならないことが理解できる。当業者は本発明の範囲内で上記実施形態の様々な変形、置換および変形が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
参照符号：
原子層エッチング装置１００、
反応空間１、反応チャンバ１０、上側チャンバ２１３、下側チャンバ２１４、吸入ノズル２０４、第１のガス入口２１６、第２のガス入口２１５、ガス出口２１７、
バッフルアセンブリ２０３、バッフル３０３、貫通項３０２、第１のバッフル３０３ａ、第２のバッフル３０３ｂ、第３のバッフル３０３ｃ、
コイル２０５、誘電体窓２０６、第１のＲＦ電源２０９、第１のアダプタ２０８、
パージアセンブリ２０７、排出装置２１２、支持構成要素２０２、第２のＲＦ電源２１１、第２のアダプタ２１０、ウェハ２０１、プラズマ４０２、活性中性粒子４０３、プラズマ４０４、イオン４０５、エッチング副産物４０６。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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