JPH08227934A - 静電チャックを備えたチャンバのためのプラズマガード - Google Patents

静電チャックを備えたチャンバのためのプラズマガード

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JPH08227934A
JPH08227934A JP27036295A JP27036295A JPH08227934A JP H08227934 A JPH08227934 A JP H08227934A JP 27036295 A JP27036295 A JP 27036295A JP 27036295 A JP27036295 A JP 27036295A JP H08227934 A JPH08227934 A JP H08227934A
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chamber
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process chamber
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JP27036295A
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Jon Mohn
モーン ジョン
Joshua Chiu-Wing Tsui
チウ−ウィン ツィ ジョシュア
Kenneth S Collins
エス． コリンズ ケネス
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Applied Materials Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電チャック上のプラズマ反応領域の外側へ
荷電粒子が漂流又は拡散することを防止できるプラズマ
チャンバを提供する。 【解決手段】 プラズマ反応チャンバ、プラズマソース
及び、静電チャックを収容する下側チャンバを備えた真
空プロセスチャンバに、平坦な同心リングの構成を有す
るプラズマガード材が用いられて、チャックの基板支持
能力に不利に影響されないように、荷電粒子の下側チャ
ンバへの漂流又は拡散による静電チャックへの接触を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広く、エッチング
又は堆積のための真空チャンバに関し、特に、プラズマ
ソースと静電チャックを備えた真空チャンバに設置さ
れ、荷電粒子の不利な効果からチャックを保護するプラ
ズマガードに関する。
【０００２】
【従来の技術】継続的な半導体デバイスの小型化におい
て、デバイスを幾何的に縮めるための鍵となるものの１
つに、マルチレベルメタライゼーションスキームに用い
られるような、密度の非常に高い接触（コンタクト）構
造又はインターコネクト構造を構築する能力がある。重
要な処理のステップには、接触及びインターコネクトを
エッチングして、６４メガバイト又は２５６メガバイト
ＤＲＡＭ又は他の高密度論理デバイスに用いる、直径
０．３５μｍ又は０．２５μｍの寸法にすることが含ま
れる。このプロセスを最後まで実行するためには、酸化
物の、その下のポリシリコン又はシリサイドに対する選
択性が高いことが、重要な要求項目である。弗素化学を
用いた高密度プラズマエッチングプロセスがこの高い選
択性のエッチングプロセスには理想的である。このプロ
セスに用いるに適した装置は、米国カリフォルニア州サ
ンタクララのアプライドマテリアルズ社から、センチュ
ラオメガ絶縁エッチングシステムの商品名で供給されて
いる。例えば、この装置において、酸化物エッチングプ
ロセスは、ドープ酸化物の８，０００オングストローム
〜１２，０００オングストロームを窒化物層に向かって
エッチングすることにより行うことが可能である。この
エッチングステップは、酸化物をエッチングし窒化物の
ところで停止させるように特質が与えられたＣ2 Ｆ6 又
はＣ3 Ｆ8 化学を用いる。エッチングプロセスの間にポ
リマー膜の堆積を防止又は最小にするために、２ＭＨｚ
ＲＦシグナルでパワーを与えられた高密度プラズマソー
スが用いられる。このソースは、約１Ｘ１０12ｃｍ-3の
イオン密度を発生させる。加熱されたシリコントッププ
レートの使用により、反応チャンバからフリーの弗素原
子が除去又は清掃される。
【０００３】現在のエッチングチャンバでは、静電チャ
ックがウエハを電気的に誘引し保持する静電的なウエハ
の保持技術がしばしば用いられる。コリンズらは、欧州
特許出願６０１，７８８ Ａ２号で、このような静電チ
ャックを記述している。これは、シリコンウエハの真空
ハンドリング及び処理においては望ましい技術である。
重力又は機械的なクランプのいずれかによりウエハを保
持する従来の方法は、ウエハのハンドリング中にゆっく
りとした動きしか実現し得ないが、これとは対称的に、
静電的ウエハ保持装置又は静電チャックは、数十トール
の圧力と等かな力でウエハを保持することが可能であ
る。ウエハ上に作用する動的な部分がないので、粒子の
発生や汚染の問題はない。
【０００４】更に、従来の機械的クランピングシステム
では、クランピングがウエハの外周の周りでなされるた
め、ウエハと、ウエハを支持し冷却するペデスタルの間
にポンプで供給される冷却ガスの圧力により生じるウエ
ハの中心部の弓反りを補填する特別な準備がなされなけ
ればならない。解決策の１つは、ペデスタルをウエハの
反りに適合するようにドーム状又は弓状とすることであ
る。電極の配置に従って分布される均一な力により、ウ
エハが実質的に平坦なチャック表面に保持される静電チ
ャックでは、この要求は排除される。静電力で充分ウエ
ハの反りを防止され、また、ウエハ表面全体の上の均一
な熱移動を促進する。静電チャックの通常の操作では、
チャックに形成された１つ以上の電極が、ウエハと対面
する金属ウエハ支持体のチャック電極及び他の部分の上
に、即ち、ウエハの底面とその下の金属の対面との間
に、形成された誘電材料の表面に、静電荷を誘導する。
この用途に適した誘電材料はポリイミドであるが、他の
材料に関して研究中である。
【０００５】プラズマ励起プロセスにおいて基板がＲＦ
バイアスをかけられているプロセス、例えば、ＳｉＯ2
エッチングに用いられる高密度プラズマプロセスに対し
て、静電チャックは特に適している。典型的な高密度プ
ラズマ反応器において処理される基板に対して、均一な
粒子のエネルギー及び流束を実現するためには、処理さ
れる基板を介してプラズマにＲＦバイアスエネルギーを
均一に結合する必要がある。基板にわたって一定のプラ
ズマシース電圧が実現できるように、基板が保持される
チャックにＲＦバイアスエネルギーが印加される。
【０００６】高密度プラズマソースと静電チャックを備
えた真空チャンバでは、チャックの操作においてしばし
ば問題が生じている。高密度プラズマはデバイ距離が短
く、従って、非常に小さなシースがプラズマ内に置かれ
た物体の境界に形成される。デバイ距離は、プラズマの
電子密度が降下する点からバルクプラズマにおいて密度
が１／ｅとなる点までの距離で定義される。これは、
（電子温度を電子密度で除したもの）の平方根に比例す
る。高密度プラズマでは、典型的な電子温度は低く、即
ち数ｅＶのオーダーであり、他方、電子密度は高く、即
ち立方センチメートル当たり１０11〜１０12個の電子の
オーダーである。この結果、デバイ距離は短くなり、即
ち、数十ミリメートルのオーダーである。デバイ距離の
２〜３倍よりも大きなギャップは、ガスの途絶を生じる
か、又はプラズマがこの充分大きなギャップ内に吸引さ
れる。
【０００７】静電チャックの電極上の電圧がプラズマに
影響されることを防止するため、プラズマチャンバ内に
位置する電極は、プラズマから隔離される。高密度プラ
ズマ環境内に位置する典型的なユニポーラ静電チャック
では、プラズマから隔離された電極が、接地参照に関し
て印加される電圧を有している。ウエハは、プラズマに
よって同じ接地参照に戻って参照される。そして、静電
的なウエハのクランピングのための有効電圧は、絶縁電
極とウエハの間の静電チャックにわたって現れる電圧で
ある。絶縁電極に印加される電圧は、チャンバ接地に関
して正でも負でもよいが、静電力が静電ウエハと絶縁電
極の間の数値的な差に依存する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】静電チャックの周りの
ギャップがデバイ距離の数倍よりも大きくなれば、プラ
ズマがこのギャップの中に発生するか、又はこのギャッ
プ内に吸引される。静電チャック不完全誘電又は静電チ
ャック電極にプラズマが接触した場合は、静電チャック
とプラズマの間に電流が流れる。静電チャック電圧ソー
スの出力インピーダンスがゼロではないため、静電チャ
ック電極での電圧が影響を受ける。典型的には、チャッ
クとプラズマの間に電流が流れて静電力が減少した場合
は、静電チャック電圧の大きさは減少する。この問題に
対する本発明に従った解決策は、チャックとプラズマガ
ードリングの間のギャップを、デバイ距離の数倍未満に
制限することにより、高密度プラズマから静電チャック
をシールドすることである。プラズマがこのギャップ内
に発生したりギャップ内に吸引されることが防止され
る。
【０００９】従って、本発明の目的は、真空チャンバ内
に設置可能でチャンバの上側部分、即ちプラズマ反応チ
ャンバを静電チャックを収容する下側チャンバから隔離
するプラズマガードリングを提供して、荷電粒子が下側
チャンバ内に漂流又は拡散することを防止することであ
る。
【００１０】本発明の他の目的は、プラズマ反応チャン
バを他のチャンバハードウェアから隔離することに用い
ることができ、また、チャンバハードウェアを大きく修
正することなく簡易に設置可能なプラズマガードリング
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、プラズ
マガード材がプラズマソースと静電チャックを備えた真
空チャンバ内に設置されて、静電チャック上のプラズマ
反応領域の外側へ荷電粒子が漂流又は拡散することを防
止して、チャンバハードウェアに不利に影響を与えるこ
とを防止する。
【００１２】好ましい具体例では、静電チャックに悪影
響を及ぼす荷電粒子が反応領域の外側に逃げることがで
きないように、少なくとも１つの平坦な同心リングの構
成のプラズマガード材が、チャンバハードウェアの一部
として、静電チャックとプラズマ反応チャンバの間に設
置される。単一又は複数のプラズマガードを設置するこ
とにより、真空チャンバの改造は容易になされる。この
ガードは、高温暴露に対して、汚染粒子を発生させずに
強度を維持しつつ耐性を示すことが可能ないかなる材料
から作られていてもよい。用いられるべき材料はクオー
ツ、シリコン、シリコンカーバイド及びシリコンアイト
ライド及び他のいかなる高温高強度材料であってもよ
い。このガードは、典型的には、脆い材料でできてお
り、そのため、ガードの破壊及びそこからの汚染粒子の
発生が防止可能であるように、ガードの表面と基板の間
に３７５μｍまでのギャップが維持されるべきである。
基板の外周と放射方向におけるガードの内周のエッジに
沿った少なくとも２．５ｍｍのオーバーラップが、ガー
ドのシール効果を確実なものにするために望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、プラズマソースと静電
チャックを備え、プラズマ反応チャンバから漂流又は拡
散してしまう荷電粒子に静電チャックの基板保持の有効
性が不利な影響を受けないように、チャンバが更にプラ
ズマガード材を備える、エッチング、堆積又は他のプロ
セス用の改良された真空チャンバを具備する。
【００１４】まず図１を参照すれば、プラズマソースと
して作用するコイルアンテナ１２と静電チャック１４を
備えたエッチャーとしての、典型的な真空チャンバ１０
の断面図が示される。プラズマ反応領域１６は、シリコ
ンシーリングブロック１８、ドーム側壁２０、チャンバ
壁ライナ２２及び静電チャック１４により形成されてい
る。ドーム側壁２０とチャンバ壁ライナ２２は、通常、
クオーツ材料製である。チャンバ壁ライナ２２は開口２
４（点線で図示）を有し、基板（又はウエハ）の搬入搬
出のためのウエハパドルの通路をなさしめる。チャンバ
壁ライナ２２の内側では、平坦な同心リングの構成を有
するプラズマガード２６が、リフトピン２８により位置
決めされている。ウエハがチャックに対して搬入出され
る際、ピン２８は、ガード２６をウエハ３４及び静電チ
ャック１４から遠ざける。
【００１５】静電チャック１４は、その頂面３２に具備
される複数の冷却ガスチャンネル３０を有する。ヘリウ
ム等の熱移動ガスを５から３０トール(Torr)の間の圧力
で循環させて、熱をエッチングプロセスの間にウエハか
ら水冷チャックへ移動させるために、冷却ガスチャンネ
ルが用いられる。チャンネル３０への冷却ガスの供給ラ
インは図示されない。チャック１４は、静電チャックカ
ラー５６によりアラインメントされる。カラー５６は、
シリコン、クオーツ又はシリコンカーバイド製であって
もよい。ウエハ３４とプラズマガード２６の間にギャッ
プを与えるように、カラー５６の出っ張り部６８の高さ
が設定される。エッチングガスが、ガス流入口３８を介
してチャンバ内へと供給される。温度の制御のため、シ
リコンブロック１８の頂面に熱電対４０が載置される。
【００１６】図２には、プラズマ反応領域１６を取り囲
む、不可欠な部品の分解図が示される。シリコンシーリ
ング１８が、反応領域１６の頂部境界を形成し、ドーム
側壁２０及びチャンバ壁ライナ２２の上に載り、これは
静電チャック１４の頂面３２とチャンバ壁ライナ２２の
側面との間のギャップを橋渡して、チャンバ内部を形成
する。リフトピン３６をガイドするために、チャック１
４に挿入される複数のリフトピンガイド４２が用いられ
る。４つのウエハリフトピンが１組となったものが、よ
く用いられる。プラズマガード２６は静電チャックカラ
ー５６上に置かれ、リフトピン２８及び６６により適所
に位置される。チャンバから使用済みガスを脱気するた
めに、チャンバ壁ライナ２２内の開口４６が用いられ
る。通路を包囲するパドル開口２４のところでチャンバ
壁ライナ２２に接続されるシュート４８が、チャンバ１
６からのウエハの搬入出に用いられる。
【００１７】ウエハ３４のチャンバ１６内への搬入は、
以下のように行われる：まず、ウエハリフトピン３６が
降下し、プラズマガードリフトピン２８及び６６がチャ
ンバに対して上昇し、ウエハ３４を受ける。ロボットブ
レード（図示されず）がウエハ３４をチャンバ１６内へ
と移送する。ウエハリフトピン３６がウエハ３４を持ち
上げてロボットブレードから離す。ウエハリフトピン３
６とプラズマガードリフトピン２８及び６６が同時に降
下する；このことにより、ウエハが静電チャック１４ま
で降下し、プラズマガード２６が静電チャックカラー５
６上に載る。そして、ウエハ３４が処理される。プラズ
マガードリフトピン２８及び６６が再び上昇し、ウエハ
３４が静電チャック１４から脱チャックされる。リフト
ピン３６がウエハ３４を静電チャックから持ち上げ、ロ
ボットがチャンバ１６内に進入してウエハ３４を取り除
く。
【００１８】図３には、プラズマガード２６及び静電チ
ャック１４の詳細な拡大部分断面図が示される。図３に
示されるプラズマガード２６は、２つの同心のリング４
６及び４８から成る。この組み合わせでは、頂リング４
６はシリコン材料製であり、底リング４８はクオーツ材
料製である。リングの厚さは、２〜６ｍｍの範囲にあ
る。リングの外径は約２７３ｍｍであり、内径は、処理
されるウエハのサイズによる。プラズマガード２６は、
ウエハの平面部又はノッチ部に適合するような表面をも
つように設計される。これは、空気式リフトべローズ組
立体５８により動力を与えられるリフトスパイダ６０に
よって上昇する。
【００１９】底リング４８の底面５２とウエハ３４の頂
面５４の間に３７５μｍを越えないようなギャップ５０
が維持されることが重要である。ギャップは、静電チャ
ックカラー５６の出っ張り部６８の高さによって与えら
れる。共に非常に脆い材料製であるリング４８とウエハ
３４との間に接触が生じないようなギャップが望まし
い。リングとウエハの間に適切なギャップが維持される
ことにより、いずれの部品の破壊とその結果の汚染粒子
の発生の可能性を取り除く。荷電粒子がギャップを通り
下側チャンバに達しないように、このギャップは充分に
小さくするべきである。従って、このギャップはデバイ
距離の１〜３倍より大きくないべきである。
【００２０】プラズマガード２６の内径（即ち、中心穴
の直径）は、ウエハの直径より約２．５ｍｍ以上小さ
い。このオーバーラップする周辺部の領域により、反応
領域１６から荷電粒子が漂流、拡散又は発生して静電チ
ャック１４に不利な影響を与えることが確実にないよう
にする。
【００２１】図３に示されるプラズマガード２６は２つ
のプラズマガードリング４６及び４８から成っている
が、本発明には、複数のリング又は単一のリングの適切
な組み合わせが使用可能であることに注意すべきであ
る。プラズマガードリングのために選択される材料は、
高い耐熱性及び高い強度を有するべきである。
【００２２】エッチングプロセスの間に、プラズマガー
ドは通常、チャンバの加熱ソースによって１５０℃以上
に加熱され、その表面上へのポリマーフィルムの形成を
防止する。材料の適切な組合わせは、図３に示されるよ
うに、クオーツとシリコンである。他の適切な材料に
は、シリコンカーバイド（純度９９．９％）とシリコン
ナイトライド（純度９９．９％）、又は、他の高温高強
度材料が含まれる。反応チャンバ内でプラズマガード材
料がいかなる汚染物も発生させてはならないという要求
が満足されるべきである。プラズマガード２６は複数の
リフトピン２８及び６６によって、適所に位置される。
リフトピンは、段差表面６２の上に位置決めピン６４を
有してプラズマガード２６の位置決めを行うが、リフト
ピン６６はこのような段差表面を有しない。ほとんどの
場合においては、これらリフトピン２８及び６６のうち
の４つが、プラズマガードを適所に適切に位置させる。
【００２３】例示的な方法により、本発明を説明してき
たが、ここで用いられている文言は、説明の言葉の本質
を意図しているのであり、制限を意図しているわけでは
ない。
【００２４】更に、好適な具体例に関して本発明を説明
してきたが、この技術分野において通常の知識を有する
者には、ここにある教示内容を別の変形可能な変形例に
応用できるであろう。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従って、
プラズマガード材がプラズマソースと静電チャックを備
えた真空チャンバ内に設置される。従って、静電チャッ
ク上のプラズマ反応領域の外側へ荷電粒子が漂流又は拡
散することが防止されるため、チャンバハードウェアに
不利に影響を与えることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマソースと静電チャックを備えた真空チ
ャンバの断面図である。
【図２】真空チャンバを形成する様々な部材の分解図で
ある。
【図３】本発明のプラズマガードを、基板及び静電チャ
ックとの関係で表す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１０…真空チャンバ、１２…コイルアンテナ、１４…静
電チャック、１６…プラズマ反応領域、１８…シーリン
グブロック、２０…ドーム側壁、２２…チャンバ壁ライ
ナ、２４…開口、２６…ガード、２８…ピン、３０…冷
却ガスチャンネル、３２…頂面、３４…ウエハ、３８…
ガス流入口、４０…熱電対、４２…リフトピンガイド、
４６…開口、４８…シュート、５０…ギャップ、５２…
底面、５４…頂面、５６…静電チャックカラー、５８…
リフトベローズ組立体、６０…リフトスパイダ、６２…
表面段差、６４…位置決めピン、６６…リフトピン、６
８…出っ張り部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｂ (72)発明者 ジョシュア チウ−ウィン ツィ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95051， サンタ クララ，アゼベド コ ート 613 (72)発明者 ケネス エス． コリンズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95111， サン ノゼ， ナイツヘイブン ウェイ 165

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ反応チャンバ、プラズマソース
    を備え、ウエハクランプを備えない真空プロセスチャン
    バにおいて使用され、荷電粒子がプラズマ反応チャンバ
    の外部へ到達することを防止するプラズマガード材であ
    って、基板ホルダに適所に保持される半導体基板と並列
    に載置され且つオーバーラップする同心リング材を少な
    くとも１つ備えるプラズマガード材。
  2. 【請求項２】 ３７５μｍ未満のギャップがプラズマガ
    ード材と半導体基板の間に維持される請求項１に記載の
    プラズマガード材。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの同心リング材が高
    温高強度材料製であり、前記チャンバを汚染する粒子が
    実質的に発生しない請求項１に記載のプラズマガード
    材。
  4. 【請求項４】 半導体基板のための真空プロセスチャン
    バであって、 活性ガスの荷電粒子を発生させることができるプラズマ
    ソースと、 半導体基板を自身の上に静電気的に保持する静電チャッ
    クと、 前記半導体基板と並列に位置され且つオーバーラップす
    る少なくとも１つのプラズマガード材とを備え、前記少
    なくとも１つのプラズマガード材は、前記活性ガスの荷
    電粒子が前記静電チャックと接触することを防止する真
    空プロセスチャンバ。
  5. 【請求項５】 前記チャンバが、エッチングチャンバ
    と、ＣＶＤチャンバと、ＰＶＤチャンバとから成る群よ
    り選択される請求項４に記載の半導体基板のための真空
    プロセスチャンバ。
  6. 【請求項６】 前記チャンバがエッチングチャンバであ
    る請求項４に記載の半導体基板のための真空プロセスチ
    ャンバ。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つのプラズマガード材
    が、自身の頂面と底面に平坦な領域を有する同心リング
    を備える請求項４に記載の半導体基板のための真空プロ
    セスチャンバ。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つのプラズマガード材
    が、シリコンと、クオーツと、シリコンカーバイドと、
    シリコンナイトナイドとから成る群より選択される材料
    製である請求項４に記載の半導体基板のための真空プロ
    セスチャンバ。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも１つのプラズマガード材
    が、シリコン製の第１の同心リングと、クオーツ製の第
    ２の同心リングとを備える請求項４に記載の半導体基板
    のための真空プロセスチャンバ。
  10. 【請求項１０】 前記半導体基板と並列に位置され且つ
    オーバーラップする前記少なくとも１つのプラズマガー
    ド材が、更に、前記半導体基板のエッジと放射方向に最
    低でも２．５ｍｍオーバーラップする請求項４に記載の
    半導体基板のための真空プロセスチャンバ。
  11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材が、前記半導体基板と接触しない請求項４に記載の半
    導体基板のための真空プロセスチャンバ。
  12. 【請求項１２】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材が、前記半導体基板から３７５μｍ未満のギャップを
    維持する請求項４に記載の半導体基板のための真空プロ
    セスチャンバ。
  13. 【請求項１３】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材が、前記半導体基板から２５０μｍ未満のギャップを
    維持する請求項４に記載の半導体基板のための真空プロ
    セスチャンバ。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材が、前記半導体基板からデバイ長さの３倍未満のギャ
    ップを維持する請求項４に記載の半導体基板のための真
    空プロセスチャンバ。
  15. 【請求項１５】 前記基板が半導体ウエハである請求項
    ４に記載の半導体基板のための真空プロセスチャンバ。
  16. 【請求項１６】 半導体基板の処理のためのプラズマソ
    ースと静電チャックを備えたプラズマ反応領域の外側の
    チャンバハードウェアへ、荷電粒子が到達することを防
    止する方法であって、 基板を基板支持体へ誘引するステップと；前記プラズマ
    ソースから発生される荷電粒子が前記プラズマ反応領域
    の外側のチャンバハードウェアへ接触することを防止す
    るように、前記半導体基板の頂外周面上に少なくとも１
    つのプラズマガード材がオーバーラップするステップと
    を備える方法。
  17. 【請求項１７】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材と前記半導体基板との間に距離を維持するステップを
    更に備える請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも１つのプラズマガード
    材がシリコン製又はクオーツ製である請求項１６に記載
    の方法。
JP27036295A 1994-10-18 1995-10-18 静電チャックを備えたチャンバのためのプラズマガード Withdrawn JPH08227934A (ja)

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