(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をプラズマ処理する装置であって、
壁（１３）を有する真空室（１５）と、
前記真空室（１５）の外側で前記壁（１３）の近傍に配置された誘導器（２０）と、
前記誘導器（２０）に接続されたＲＦ発電機（２１）と、
前記誘導器と前記壁（１３）との間に配置されたファラデー遮蔽物（３０）とを備え、前記ファラデー遮蔽物（３０）は、対向する端部、および前記ファラデー遮蔽物の対向する端部と境を接する前記ファラデー遮蔽物（３０）の全高さまで延在するギャップ（３１）によって中断された周とを有するループの形状であり、これにより前記ファラデー遮蔽物（３０）の対向端部は前記ギャップを介して相互に近接し、
前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記周の１つの位置（３４）のみで接地され、それにより前記真空室（１５）内にＲＦプラズマがない場合に、前記ループの対向端部間の前記ギャップ（３１）を超えて前記ファラデー遮蔽物（３０）中に１０３Ｖのオーダーの大きさの一時的ピーク間電圧を生成することができ、前記真空室（１５）の前記壁（１３）の内側で前記ギャップ（３１）に隣接してプラズマを点火する電界を生成し、該電界によりプラズマを前記室（１５）の内側周囲に形成し、それにより前記ギャップ（３１）を超える電圧は名目電圧まで低下するようになっている、装置。
【請求項２】
前記名目電圧は１０〜２０ボルトである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記誘導器（２０）は前記真空室（１５）を取り囲んでいる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ギャップ（３１）が、１．６〜３．２ｍｍの幅である、請求項１から３までのいづれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ギャップ（３１）が３．２ｍｍの幅である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ファラデー遮蔽物（３０）は前記壁（１３）の外側と接触している、請求項１から５までのいづれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記真空室（１５）の前記壁（１３）は円筒形であり且つ対称軸線を規定し、
前記誘導器（２０）は、円筒形の前記壁（１３）を囲む螺旋形のコイルであり、
前記ファラデー遮蔽物（３０）は円筒形で、少なくとも前記コイルの高さと同じ高さを有し、前記ギャップ（３１）は前記ファラデー遮蔽物（３０）の高さだけ延在して、円筒形の前記壁（１３）の対称軸線に平行に配置される、請求項１から６までのいづれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記ファラデー遮蔽物（３０）の高さよりも低く延在し且つ周方向に隔置された複数のスリット（３２）を有する、請求項１から７までのいづれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記複数のスリット（３２）は、円筒形の前記壁（１３）の対称軸線の方向に配置されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記ループの端部間の中間に位置する１つの位置（３４）で接地される、請求項１から９までのいづれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記一時的なピーク間電圧は５０００ボルトである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
誘導結合したＲＦ発電機を静電遮蔽し且つ真空室（１５）内でプラズマに点火する方法であって、
前記真空室（１５）の壁（１３）の外側で、通電されるとＲＦエネルギーを前記真空室（１５）内のプラズマに誘導結合する位置に誘導器（２０）を設ける段階と、
前記誘導器（２０）と前記壁（１３）の間に、ファラデー遮蔽物（３０）を設ける段階とを有し、前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記壁（１３）を囲み且つ前記ファラデー遮蔽物（３０）の全高さまで延在するギャップ（３１）により遮断されているループ形状であり、
前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記ファラデー遮蔽物（３０）に前記ギャップ（３１）を越えて一時的なピーク間ＲＦ電圧を生成できるように、前記ループの１つの位置（３４）のみで接地されており、
ＲＦエネルギを前記誘導器（２０）に通電して前記ファラデー遮蔽物（３０）に瞬間的にＲＦ電流を誘導することにより、前記ファラデー遮蔽物（３０）の前記ギャップ（３１）を介して１０３Ｖのオーダーの大きさの一時的ピーク間電圧を生成し、前記真空室（１５）の内側に前記ギャップ（３０）に隣接して電界を生成して、前記真空室（１５）の内側周囲にプラズマを点火して形成し、プラズマが前記真空室（１５）内で形成された後は前記ギャップ（３１）を介した電圧が名目電圧に下がる、上記方法。
【請求項１３】
前記名目電圧は１０〜２０ボルトである、請求項１２に記載された方法。
【請求項１４】
前記誘導器（２０）が、前記壁（１３）の外側で前記真空室（１５）を囲む螺旋形のコイルであり、
前記ファラデー遮蔽物（３０）は、前記コイルと前記壁（１３）との間に位置して前記壁（１３）と接触して、前記真空室（１５）の一方側に沿って延在する前記ギャップ（３１）を有する円筒形状を有する、請求項１２あるいは１３に記載の方法。
【請求項１５】
螺旋形の前記コイルは、前記壁（１３）から１．６〜６．４ｍｍだけ離れて設けられる、請求項１２から１４までのいづれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファラデー遮蔽物（３０）に複数のスリット（３２）を設け、前記スリット（３２）の長さは前記ファラデー遮蔽物（３０）の高さよりもわずかに短く、前記スリット（３２）は、前記ギャップ（３１）と同じ幅であり、前記スリット（３２）間に前記ギャップ（３２）と同じ幅の間隔を有する、請求項１２から１５までのいづれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記真空室（１５）内にウェーハを設け、前記誘導器（２０）に通電する前に前記真空室（１５）を密封し、プラズマに点火した後、前記誘導器（２０）から誘導結合されたエネルギーで引き続きプラズマに通電し、プラズマからのイオンを前記ウェーハの表面に電気的に引きつけ、それにより前記ウェーハをエッチングすることを特徴とする、請求項１２から１６までのいづれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はプラズマ処理に関し、特に誘導結合プラズマによるプラズマ・エッチングに関する。
【０００２】
（発明の背景）
半導体ウェーハ処理では、半導体ウェーハ基板のプラズマ処理、特にプラズマ・エッチングに誘導結合されたプラズマ（ＩＣＰ）が成功裏に使用されている。ＩＣＰで半導体ウェーハをエッチングするための処理装置の一つが、Bayerその他の米国特許第５，５６９，３６３号で開示され、これは参照により本明細書に組み込まれる。Bayerその他の特許では、クォーツ即ち石英で作成した室壁の外側で真空室を囲むコイルに、ＲＦエネルギー即ち無線周波数エネルギーを加える。コイルは室内に磁界を生成し、これが電子を励起してプラズマを生成する。磁界は大部分が誘導結合であるが、コイルに高いピーク間電圧即ちピークピーク電圧が発生すると、室内に多少のエネルギーの容量結合を引き起こす。このような電圧は、状況によっては例えば９００から１０００ボルトのシースを引き起こし、これはプラズマ内のイオンにかなりのエネルギーを与える。このようなエネルギーは、室内に望ましくない程度のスパッタリングを引き起こすのに十分であり、シースはプラズマの有用なボリューム即ち容量を減少させる。
【０００３】
室外側の周囲でコイルと室壁との間に、金属のファラデー遮蔽物を追加するよう提案されている。提案された遮蔽物は、軸線方向に延在するが、遮蔽物の各縁の周囲に完全な周方向の帯を残すスリットを有する。遮蔽物は、室への電圧の容量結合を防止するために接地され、一方スリットは、プラズマに電圧を印加するのに必要な磁気エネルギーの誘導遮蔽を防止する。このような提案された遮蔽物は、残念ながら、コイルによるプラズマの初期点火を防止する効果を有し、プラズマを開始するために別個の電極または放電エレメントを必要とする。
【０００４】
したがって、室内へのエネルギーを誘導結合するためにコイルを使用する場合、プラズマの点火を妨害することなく、容量結合効果からの室の遮蔽を提供する必要がある。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の目的は、容量結合からの室の遮蔽即ちシールドを提供することである。本発明の特定の目的は、ＲＦエネルギー即ち無線周波数エネルギーを室内のプラズマに誘導結合するため、室の周囲に設けたＲＦコイル即ち無線周波数コイルから、効率的な遮蔽を提供することである。プラズマの点火を促進しながら、室と外部コイル間との容量結合を防止する遮蔽を提供することが、本発明のさらなる目的である。
【０００６】
本発明の原理によると、外部のループ形のＲＦ誘導器即ち無線周波数インダクタを有するプラズマ処理室、特にエッチング室が提供される。誘導器即ちインダクタは、ＲＦエネルギーを室に誘導結合し、室内にプラズマを形成する螺旋形コイルであることが好ましい。また、室の外側で壁と誘導器との間に、ファラデー遮蔽物を設ける。遮蔽物は、コイルから室内のプラズマへの電圧の容量結合を効果的に遮蔽するよう接地され、ＲＦエネルギーの室内への誘導結合を可能にするため、スリットを設ける。ＲＦ電流を誘導器から最初に遮蔽物に誘導する時に、ギャップ（ｇａｐ）にピーク間電圧即ちピークピーク電圧が発生できるよう、接地接続は誘導器の制限された区間に局所化される。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態では、クォーツ室壁即ち石英の室壁の外側で壁と、壁を囲んで壁からわずかに隔置された螺旋形コイルとの間に、円筒形遮蔽物を配置する。遮蔽物は、間隔が狭く、ほぼ遮蔽物の高さだけ軸線方向に延在するが、遮蔽物の全高さよりは短い複数の内部スリットを有し、少なくとも１つの遮蔽物の縁をスリットとは非干渉状態に残し、それによって室のほぼ全周にわたって、干渉されない金属誘導器の少なくとも１つの周方向路を残す。周の１点で、十分な高さのスリットまたはギャップが遮蔽物の全高さと干渉し、それによって室の周囲に遮蔽物によって連続的な３６０°の周方向導電路が形成されるのを防止する。
【０００８】
好ましい実施形態では、遮蔽物の外側で室を囲むコイルが、ＲＦエネルギーを室に誘導結合して、プラズマに電圧を印加する。遮蔽物は、周の１点のみ、例えば十分な高さのギャップから１８０°正反対にある点で、接地されることが好ましい。ギャップ、さらに内部スリットは、約１／８インチ（３．２ｍｍ）の幅であり、遮蔽物の金属室部分の細片は、スリットとギャップの間で約１／８インチ（３．２ｍｍ）の幅であることが好ましい。
【０００９】
コイルにＲＦエネルギーで最初に電圧を印加した場合、室内にプラズマが存在する前に、コイルにピーク間電圧即ちピークピーク電圧が生じる。コイルの電圧印加は、ＲＦ電圧を遮蔽物に結合し、その結果、狭く十分な高さのギャップにピーク間電圧が生じる。遮蔽物をギャップと対角線上反対側で接地すると、ギャップと境を接する遮蔽物の対向縁は、接地電位と等しく、反対である。このピーク間電圧は、ピーク間数千ボルト、例えば５０００ボルトＲＦになることがある。この電圧は、１または数ミリ秒のオーダーの間隔内で、クォーツの室壁を通って延在して室に入る強力なＲＦ電界を生成し、これは室内でギャップの反対側でプラズマを点火する。プラズマは、いったん点火されると、これも１ミリ秒のオーダーの間隔で、室壁の内部およびその近傍で室の周囲に伝搬して、ここでプラズマは室内で室の周方向に導電性の電離気体のベルトを形成する。このプラズマ・ベルトが形成されると、遮蔽物のギャップを横切る電圧が、１０から２０ボルト、例えば１４ボルトのピーク間電圧のオーダーで名目電圧まで急速に低下する。
【００１０】
本発明では、コイルからプラズマへの非常に小さい容量結合の電圧で室を充填するプラズマが形成され、その結果、プラズマと室の周囲のクォーツ側壁との間に低いプラズマ電位および小さいプラズマ・シースが生じる。それと同時に、遮蔽物はコイルからのエネルギーと結合して、コイルへ初期電圧が印加されると、迅速にプラズマを点火する。
【００１１】
本発明の以上およびその他の目的は、本発明に関する以下の詳細な説明から、容易に明白になる。
【００１２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、周方向の側壁１３および一体の頂部１４とを有するクォーツ即ち石英のベル型ジャーを封止したベース即ち基部１１を有するプラズマ・エッチング装置１０を示す。側壁１３は通常、直径が約１５から１６インチ（３８１〜４０７．４ｍｍ）、厚さが約３／８インチ（９．５ｍｍ）である。ベル型ジャー１２は、ベース１１に封止されて、基板支持体１７上に支持されたウェーハ１６などの、処理される基板を入れる真空の気密室１５を提供するリップ１３ａを有する。ＲＦ発電機１８，好ましくは高周波発電機が、例えば１３．５６ＭＨｚで、基板支持体１７に接続され、基板をエッチングするため、基板１６にマイナスのバイアスを生成して、室１２内のプラズマからのプラス・イオンのエネルギーを制御する。ベル型ジャー１２および支持体は、室１４５および側壁１３の対称軸線１９の中心に位置決めされる。
【００１３】
ベル型ジャー１２の円筒形側壁１３を囲み、側壁１３の外側から１／１６ないし１／４インチ（１．６〜６．４ｍｍ）の短い距離に隔置されているのは、螺旋形コイル２０である。コイル２０は、ＲＦ発電機２１を介して接続され、これは好ましくは４６０ＫＨｚなどの中波のＲＦエネルギーでコイルに通電するよう作動する。図示された実施形態のコイル２０は、その中心２２で接地される。コイル２０は、通電されると、ＲＦエネルギーを室１５に結合して、支持体１７上の基板１６をエッチングするため、プラズマを支持する。
【００１４】
これもベル型ジャー１２の円筒形側壁１３を囲み、好ましくは壁１３の外面に近接するか、これと接触しているのは、ファラデー遮蔽物３０である。遮蔽物３０は、導電性薄板金材料で形成され、円筒形のスペース２９によって遮蔽物３０から隔置されたコイル２０の内側で、壁１３を囲むループを形成する。遮蔽物３０は、ほぼ壁１３を囲むが、壁１３の一方側に沿って幅約１／８インチ（３．２ｍｍ）の狭いギャップがある。ギャップ３１は、ベル型ジャー１２の円筒形側壁１３の軸線１９と平行に配置される。ギャップ３１は、ギャップ３１を介する少量のＲＦエネルギーの容量結合を除き、遮蔽物の周で電流路を完全に遮断する。遮蔽物３０には、それぞれ約１２０個でほぼ等しい幅の導電性細片３３によって分離された複数のスリット３２を設ける。スリット３２は、ギャップ３１に平行、および室１５の軸線１９に平行に配置される。スリット３２はそれぞれ、遮蔽物３０の高さより約１／４インチ（６．４ｍｍ）短い長さを有し、これはコイル２０の高さより大きいことが好ましい。導電性細片３３はそれぞれ、その上端で水平の帯３３ａに、下端で水平の帯３３ｂに接続され、これらの帯はそれぞれ、ギャップ３１の上端および下端で遮断されている箇所を除き、ベル型ジャーを完全に囲む。遮蔽物３０は、周の１つの角度位置３４で、好ましくはギャップ３１の対角線上反対側で接地される。
【００１５】
コイル２０をＲＦ発電機２１からのエネルギーで最初に通電すると、周方向のＲＦ電流が遮蔽物３０に誘導され、これは接地点３４では中性であるが、ギャップ３１を介して１０３のオーダーの大きさのボルト（Ｖ）のピーク間電圧が付随する。このピーク間電圧は、さらに、壁１３を通って延在するギャップ３１において、ギャップ３１の近傍で室１２内に入るＲＦ電界３５も付随する。例えば１ｍトルから１０トルの圧力のアルゴンガスなどの不活性ガスを含む室１２の真空内では、コイルに最初に通電した後、１ミリ秒以内に、室壁１２の内側においてギャップ３１を介する電界３５が、ギャップ３１の近傍でプラズマに点火する。その結果、このプラズマは、プラズマ点火から１ミリ秒程度以内に、幅が約２ｃｍで室１２を囲み、ＲＦエネルギーの周波数で振動する電子のシースを円筒形側壁１３のすぐ内側に生成し、その後、ギャップ３１での電圧が１０から２０ボルトの範囲の電圧に低下する。シースが形成された後、プラズマは迅速に室１２を充填する。
【００１６】
遮蔽物３０は、室１２のプラズマに高い電位、およびそれに対応する大きい周囲のプラズマ・シースを与えるような、コイル２０から室１２内のプラズマへのエネルギーの容量結合を効果的に減少させるか、ほぼ除去する。その結果、クォーツのベル型ジャー１２のプラズマ・エッチングが最小になる。遮蔽物３０は、プラズマの点火を妨害せずにこれを実施し、むしろコイル２０に通電されると、室１２内のプラズマに迅速かつ効率的に点火する機能を果たす。
【００１７】
本発明および好ましい実施形態に関する以上の説明から、当業者には、本発明の原理から逸脱することなく記載されたプロセスおよび機器に変更および追加を行えることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理を実現するスパッタ・エッチング装置の部分破断側面図である。
【図２】  図１の装置の上部分断面図である。
【図１】
0005123446.tif 000002
【図２】
0005123446.tif 000003