(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をプラズマで処理するシステムであって、前記システムは、以下の構成を備えるもの：
プラズマを内部で発生させる真空チャンバで、少なくとも三個の実質的に平らなｒｆ透過ウインドウが前記真空チャンバの面にあり、前記少なくとも三個のｒｆ透過ウインドウは、前記真空チャンバの面において、それぞれ実質的に当該ウインドウ部分のみを目視可能な誘電材料により構成されてなるマルチ・ウインドウである前記真空チャンバ；
ｒｆゼネレーター；
少なくとも二つのｒｆソースであって、それぞれは、前記真空チャンバの外部にあって、前記ｒｆソースそれぞれは、前記ｒｆゼネレーターと電気的に接続しており、前記複数のｒｆ透過ウインドウのそれぞれ一つに各一つ配置されており、前記真空チャンバ内に前記プラズマを発生させるように作用する前記ｒｆソース；
前記基板近くの局所で実質的に均一なプラズマを発生するように作用する前記ｒｆソースであって、
前記ｒｆソースの各々は、別個に調節されて、前記局所のプラズマの均一性を維持するものであり；
前記ｒｆ透過ウインドウは、前記真空チャンバ内を観察可能となるように可視光に対して透過性の材料で構成され、前記ｒｆ透過ウインドウに対して前記ｒｆソースが着脱自在に取り付けられ、かつ前記複数のｒｆ透過ウインドウのうち少なくとも一つのｒｆ透過ウインドウにはｒｆソースが設けられていない。
【請求項２】
さらに、少なくとも一つのチューニング回路を備え、各前記少なくとも一つのチューニング回路は、前記少なくとも二つのｒｆソースの一つに電気的に接続している請求項１のシステム。
【請求項３】
以下を備える請求項２のシステム：
前記プラズマの少なくとも一つの特性を測定する少なくとも一つのセンサー；及び
前記少なくとも一つのセンサーから、前記プラズマの少なくとも一つの特性を受信し、それにリスポンスして、前記複数のチューニング回路をコントロールするコントローラー。
【請求項４】
前記複数のｒｆ透過ウインドウの各々がクォーツで作られている請求項１のシステム。
【請求項５】
前記複数のｒｆ透過ウインドウの各々がガラスで作られている請求項１のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも一つのセンサーがラングミュアプローブである請求項３のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも一つのセンサーが配列されたファラディカップーブである請求項３のシステム。
【請求項８】
前記システムがさらにウェーハホルダーを備え、前記ファラディカップが前記ウェーハホルダーに取り付けられている請求項７のシステム。
【請求項９】
前記システムがさらに、複数のファラディカップをテストウェーハの表面に有しているテストウェーハを備える請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのセンサーが光学センサーである請求項３のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのチューニング回路が前記それぞれのＲＦソースとパラレルに電気的に接続されている請求項２のシステム。
【請求項１２】
以下を備えるプラズマソース：
第１の端部が開放のシールドで、該シールドの第２の端部にシールド開口をもっている前記シールド；
前記シールド内に位置するｒｆアンテナ；
前記シールドの前記第１の端部を塞ぐように封止するように位置する誘電ウインドウで、該誘電ウインドウは、誘電ウインドウ開口を区画し、該誘電ウインドウ開口から前記シールド開口を介して伸びていて、誘電ガスが前記シールドを通り、さらに前記誘電ウインドウ開口を通って前記誘電ウインドウ内部へ供給されるようにしてなる、前記誘電ガスの送りチューブを有する誘電ウインドウ、
を備え、前記シールド内に位置するｒｆアンテナは前記誘電ガスの送りチューブ外側を螺旋状に囲む構造であるもの。
【請求項１３】
以下を備えるインラインで別個のプラズマにより連続的に処理するシステム：
ハウジングで、このハウジング内に位置する複数の縦型バッフルを含むハウジング；
前記バッフルの間で、前記ハウジングにそって位置する複数の、それぞれ別個のプラズマを発生させるＲＦプラズマソース；
ここで、各前記プラズマソースは、以下を備える：
第１の端部が開放のシールドで、該シールドの第２の端部にシールド開口をもっている前記シールド；
前記シールドの前記第１の端部を塞ぐように位置する誘電ウインドウで、該誘電ウインドウは、誘電ウインドウ開口を区画し、該誘電ウインドウ開口から前記シールドの開口を介して伸びていて、誘電ガスが前記シールドを通り、さらに前記誘電ウインドウ開口を通って、前記ハウジングに入るようにしてなる、誘電ガスの送りチューブを有する前記誘電ウインドウ；及び、
前記シールド内に位置するｒｆアンテナであって、前記誘電ガスの送りチューブ外側を螺旋状に囲む構造であるもの；及び、
前記ハウジング内に位置するコンベヤベルトを備え、前記コンベヤベルトは、前記ハウジング内で、前記バッフルの間の前記ＲＦプラズマソースの各々によって発生された別個のプラズマのそれぞれの下にウェーハを連続的に搬送するもの。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は、プラズマ基板処理のデバイスに関し、さらに詳しくは、広い領域の基板をプラズマ処理するｒｆデバイスに関する。
発明の背景
フラットなパネルディスプレイ又は３００ｍｍのシリコンウェーハの製造に使用されるガラス基板又は半導体基板のような大きな領域の基板のプラズマ処理は、小さな領域の基板の処理では生じないいくつかの問題を提起する。一つの問題は、単純なもので、大きな領域の基板を処理するのに充分な領域でプラズマを発生させることである。第２の問題は、そのような広い領域にわたって、プラズマ密度とケミストリーとを均一に保つことである。
誘導的に、又は、トランスフォーマー・カップルされたプラズマソース（それぞれＩＣＰ及びＴＣＰという）は、誘導コイルアンテナの構成を使用してのプラズマ均一性維持に困難さがあると共に、アンテナ放射線を処理チャンバ内へカップルするために、大きくて、厚いクォーツのウインドウが必要であるシステムの製造コストと維持コストが高くなることに影響を受ける。このような厚いクォーツウインドウを使用すると、該ウインドウ内に熱が散逸して、ｒｆパワーが増大し（そして、効率が落ちてしまう）。
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲという）の使用とヘリコンタイプのソースとは、シングルのアンテナ又は導波管を使用するとき、広い領域に対し共鳴磁場をスケーリングすることに困難性があって限界がある。さらに、ほとんどのＥＣＲソースは、経費が高くなり、電気的にチューニングすることが難しいマイクロウエーブパワーを利用している。ホットのカソードプラズマソースを使用すると、カソードマテリアルの蒸発によりプラズマ環境を汚染してしまい、他方コールドのカソードソースは、コールドのカソードを発生したプラズマにさらしてしまうことで汚染する。
本発明は、先行する広い領域のプラズマ処理システムが遭遇する、これらの問題を除くものである。
発明の概要
本発明は、どのようなサイズのプラズマも作れる簡単にスケールでき、維持できるシステムに関する。一つの実施例においては、複数のｒｆプラズマソースがヴァキュウムチャンバのガラス又はクォーツのような誘電ウインドウに着脱自由に取り付けられているもので、別の実施例では、前記複数のソースそれぞれがそれ自体のウインドウを有し、前記チャンバに取り付けられている。前記チャンバ内のプラズマ測定プローブによって、プラズマ均一性についての情報が与えられ、この情報を用いて、ｒｆプラズマソースのそれぞれに加えられるｒｆエネルギーをコントロールし、所望の均一性を維持する。一つの実施例においては、プラズマ測定プローブは、ラングミュアプローブである。他の実施例においては、該プローブは、ファラディカップである。また別の実施例においては、プローブは、光学プローブである。
他の実施例においては、プラズマソースは、クォーツウインドウを含み、これには、ガス導入のチューブが一体になっている。異なるガスを用いる、いくつかのプラズマソースを直線に配列して組み合わせ、インラインプロセッシングシステムにおいて基板をシーケンシャルに処理するこができる。
図面の簡単な記述
この発明は、添付の請求の範囲に特に指摘してある。この発明の上記の、そして、さらなる利点は、添付の図面を参照しての以下の記述を見ることでよりよく理解されるものであり、図面において：
図１は、この発明のプラズマ処理システムの実施例のブロックダイアグラムであり；
図２は、小さな領域のプラズマソースを用いての、広い領域をカバーするソースの構成の平面図であり；
図３は、ファラディカップをビルトインしたウェーハホルダーの実施例の平面図であり；
図３ａは、ファラディカップが埋めこまれたＳｉテストウェーハの実施例の平面図であり；
図４は、ヴォリュウムソースとして構成された発明の実施例の斜視図であり；
図５は、ガス供給手段が一体になった発明のプラズマソースの実施例の斜視図であり；
図６は、図５に示された複数のプラズマソースを用いる連続プラズマ処理デバイスの断面図であり；
図７は、二つのプラズマソースを用いるシステムの略図的ダイアグラムであり；
図８は、二つのソースシステムにおけるＥＣＲプラズマ発生のための表面磁石の配列の実施例を示し；そして
図８ａは、ＥＣＲプラズマ発生の為の表面磁石の配列の他の実施例を示す。
好ましい実施例の記述
図１をざっと観察し、参照すると、この発明のシステム１０の実施例は、ヴァキュウムチャンバ１４を含み、該チャンバは、ヴァキュウムポンプ（図示せず）に接続しているヴァキュウムポート１８を有する。図示の実施例においては、前記システム１０は、シリーズになった誘電ウインドウ２６を含み、これらウインドウは、Ｏリング３０によって真空シールされ、取り外しできるクランプ３４によりヴァキュウムチャンバ１４の上位面２２に取り付けられている。これらウインドウ２６のいくつかに、ｒｆ（無線周波）プラズマソース４０が着脱自由に取り付けられており、一つの実施例においては、これらプラズマソースは、アウターシールド／グラウンド（アース）４４内に位置するヘリカルアンテナ又はパンケーキ状アンテナ４６を有している。容量性又は誘導カップリングを使用するアンテナの他の実施例も使用できる。各アンテナの冷却は、冷却流体をアンテナに通して行われる。冷却は、一般的は、にハイパワーのときのみに必要となる。ｒｆプラズマソースを取り付けていないウインドウ２６は、チャンバー１４の内部を観察するポートとして使用できる。各プラズマソース４０を取り外すことで、関連の誘電ウインドウ２６をクリーンにしたり、システム１０内の真空状態を保ちながらプラズマソース４０を交換できる。この実施例においては、ガラスウインドウを使用しているが、ウインドウのマテリアルとして、クォーツやポリエチレンのような誘電マテリアルが使用できる。
各アンテナは、カップリングコンデンサー５４、マッチングネットワーク５０を介してｒｆゼネレーター６６に接続されている。また各アンテナは、それぞれのアンテナ４６にパラレルで接続のチューニングコンデンサー５８を含む。チューニングコンデンサー５８のそれぞれは、コントローラー６２からの信号Ｄ，Ｄ’によりコントロールされる。チューニングコンデンサー８５を個々に調節することにより、各ｒｆアンテナ４６からの出力を調節して、発生するプラズマの均一性を保つことができる。ゼロ反射パワーチューニングのような他のチューニング手段も前記アンテナへのパワー調節に使用できる。一つの実施例においては、ｒｆゼネレーター６６は、コントローラー６２からの信号Ｅによりコントロールされる。一つの実施例においては、コントローラー６２は、マッチングネットワーク５０への信号Ｆにより、アンテナ４６へのパワーをコ９ントロールする。
コントローラー６２は、アンテナ４６へ供給されるパワーをモニターするセンサー７０（マサチュセッツ州ビバーリーのComdel,Inc. によるリアルパワーモニターのようなもの）からの信号Ａ、プラズマ密度を直接に計測する急速スキャンニング・ラングミュアプローブ７４からの信号Ｂ及び基板ウェーハのホルダー８２に取り付けられている複数のファラデーカップ７８からの信号Ｃに応答して、チューニングコンデンサー５８とｒｆゼネレーター６６とを調節する。ラングミュアプローブ７４は、プラズマの内外に該プローブを動かして（双方向矢印Ｉ）、スキャンされる。これらのセンサーと共に、ｒｆゼネレーター６６とチューニングコンデンサー５８に対する設定は、基板のプラズマ処理のためにシステム１０を実際に使用するに先立って、前記コントローラーにより決定される。設定が決定されれば、前記プローブを取り除いて、処理すべきウェーハを導入する。システムの他の実施例においては、プローブを処理の間そのままにしておき、該システムをリアルタイムコトロールすることができるようにする。ラングミュアプローブを使用する実施例においては、前記プローブから蒸発する粒子でプラズマが汚染されないように、そして、処理する基板を遮蔽しないように注意しなければならない。このシステムの別の実施例においては、前記システムの特徴点は、製造のときに決定され、該システムは、プラズマプローブを含んでいない。
図２を参照すると、プラズマソース４０の構成は、物理的に、より小さいプラズマソース４０が個々のソースの領域の合計よりも大きな領域にわたって均一なプラズマを発生するようになっている。図示の構成の実施例においては、直径４インチのプラズマソース４０の４つが各センター間の距離を６インチにして方形の角部に位置し、直径１２インチのシングルのソースにより発生のプラズマに実質的に匹敵するプラズマを発生する。したがって、ヴァキュウムチャンバ１４に複数のウインドウ２６を設けることにより、プラズマソースを種々の構成にして、所望の形状と均一性をもつ均一のプラズマを発生することができる。図示されたようなアンテナは、図示のように適切にシールドされていれば、ソース間のｒｆ干渉をしない。
マルチプルのｒｆプラズマソースは、マルチ双極表面磁場の存在において、電子サイクロトロン共鳴を励起することができる。例えば、そのような表面磁場は、磁極面において、ほぼ１ＫＧであり、磁極面から約１０ｃｍのところで数ガウスに低下してしまう。そのようなシステムにあっては、電子サイクロトロン共鳴周波数（Ｈｚ）は、ν＝2.8 x 106（B）で表され、ここで（B）は、ガウスでの磁場強度である。かくて、ファンダメンタルの電子サイクロトロン共鳴周波数は、13.56MHz（即ち、ｒｆゼネレーターで供給される周波数）で、必要な磁場は、（磁石によりアプライされる）は、行われる共鳴カップリングに対し、4.8Gである。ファンダメンタルの共鳴周波数をより高調波にするには、磁場を比例的に増大させればよい。かくて、カップルすべき第２の高調波については、磁場は、９．６Ｇに増大するようにする。このようなＥＣＲカップリングは、圧力がより低ければ（Ｐ＜１ｍＴｏｒｒ）、最も効果的である。小さなｒｆプラズマソースの使用は、電子サイクロトロン共鳴を可能にするために、そのような磁石を配置することができる。
磁場とプラズマドースのユニフォーミティを測定するために使用のファラディカップ７８は、一つの実施例においてはウェーハホルダー８２（図３）の面における一つのエッジ近くに置かれている。ウェーハ９０のフラットなエッジ８６は、ウェーハホルダー８２に位置し、ウェーハホルダー８２のファラディカップ７８がプラズマにさらされるようになっている。この手段においては、ウェーハ９０により経験されるプラズマドースを直接に測定できる。また別に、図３ａに示すような特別のウェーハ９０’を作り、ウェーハ９０’に複数のファラディカップ７８を埋め込む。この特別なウェーハ９０’を用いて、ｒｆゼネレーター６６とチューニングコンデンサー５８を設定し、所望のプラズマ密度とユニフォーミティとを達成する。操作パラメーターが決定されれば、特別なウェーハ９０’を取り除き、処理すべきウェーハ９０をウェーハホルダー８２に置く。
ヴァキュウムチャンバ１４の上面にプラズマソース４０を平面配列させた状態でシステム１０を記載したが、図４を参照すると、プラズマソース４０は、ヴァキュウムチャンバ４０’の他の面にわたって分布され、均一な量のプラズマを発生するようになっている。このようなシステムは、バッチプロセスにおいて特に有効である。
別の実施体における図５を参照すると、クォーツウインドウ１００がヴァキュウムチャンバ１４に取り付けられておらず、その代わりに、プラズマソース４０’のシールド４４の一端部を包んでいる。この実施例においては、クォーツウインドウ１００の開口１０８に取り付けたチューブ１０４がガス供給して特定のガスのプラズマを作る。このケースにおいては、プラズマソース４０’は、ヴァキュウムチャンバ１４の壁のウインドウ２６に取り付けられておらず、その代わりに、ヴァキュウムチャンバ１４それ自体に取り付けられている。このようなプラズマソース４０’は、数多くのプロセスに要求されるように、特定のガスからプラズマを作ることができる。このような幾つかのプラズマソース４０’を図６に示すインラインシステムの実施例におけるように、異なるプラズマでウェーハ９０を順次処理するように配列することができる。この実施例においては、ウェーハ９０は、コンベヤ１１２により、連続処理ライン１１４の、この実施例では、ゾーンＩ及びIIのシーケンシャルのゾーンを移動する。各ゾーンは、バッフル１１６により隣のゾーンと仕切られている。一つの実施例においては、ゾーンＩのガスは、Si-CVD処理に使用のSiH4であり、ゾーンIIにおけるガスは、ドーピングに使用のPH3である。別の実施例においては、各処理チャンバを他のチャンバから隔離するためのロードロックを有し、ロボットが装備されたクラスターツールは、プラズマＣＶＤとプラズマエッチングのために、この発明のｒｆプラズマソース４０を含む。
図７は、二つのプラズマソースを使用する、この発明のシステムの実施例を示す。この実施例においては、各ソースは、直径３〜４インチの誘導パンケーキアンテナである。各アンテナは、1/4インチの銅チューブを５〜６回巻いたもので構成されている。各アンテナは、それぞれの１６０ｐｆコンデンサーを介してマッチングネットワーク５０に接続している。マッチングネットワーク５０は、0.03μHの誘導子１２５と２個の可変コンデンサー１３０，１３５を含んでいる。一方の可変コンデンサー１３０は、１０〜２５０ｐｆにわたって調節でき、第２の可変コンデンサー１３５は、５〜１２０ｐｆにわたって調節できる。マッチングネットワーク５０は、13.56mHzで作動しているｒｆソース６６に接続している。シリーズの磁石１４０，１４５は、前記チャンバの周囲まわりに配置され、磁性を７ｃｍごとに交えて、磁性バケットを形成する。
１ｍ Torr圧力で動作するチャンバと共に、アンテナ４６に対するパワーは、アンテナごとに２５Ｗであるか、トータルで４００Ｗであかである。５０Ｗトータルのパワーにおいて発生のプラズマは、１０11/cm3の実質的に均一の密度を有している。前記のようなソースを４つ使用することで、ユニフォーミティと密度とは、さらに改善される。
図８を参照すると、ＥＣＲゼネレーションのための磁石配列の一つの実施例は、アンテナ４６に近接の磁石１５０を利用している。この実施例においては、複数の磁石１５０をアンテナの間でリバースさせる。図８ａは、他の実施例を示すもので、各ソースは、それ自身の磁石セットを有している。磁石の態様は、別のものでもよい。
好ましい実施例を示したが、当業者によれば、請求された発明の範囲とスピリットの範囲に未だ留まる多くのバリエーションが可能であることが理解される。したがって、請求の範囲により示された発明のみに限られるべきものとする。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図３ａ】
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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８ａ】
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