JPH11510302A - 大きな領域の基板のプラズマ処理のためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 広い領域の基板を処理するプラズマシステム。一つの実施例においては、該システムは、処理チャンバのｒｆ透過ウインドウに着脱自由に取り付けられた複数の無線周波（ｒｆ）プラズマソースを含む。ソースの数と分布は、変えられて、前記基板を処理するに必要なプラズマフィールドのサイズとユニフォーミティとを与える。ラングミュアプローブ、ファラディカップ及び光学センサーのような複数のプラズマプローブを前記チャンバ内に配置し、前記プラズマソースと電気的に接続されて、個々のソースにより発生されるｒｆフィールドを調節してフィールドのユニフォーミティを所望の度合いに調節する。

Description

【発明の詳細な説明】 名称 大きな領域の基板のプラズマ処理のためのシステム 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１ ４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、13.56 MHz（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. 8 G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５ ０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。５ ０Ｗ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ヴァキュウムチャンバで、複数の実質的 に平らなｒｆ透過ウインドウが前記チャンバの面にあるヴァキュウムチャンバ； 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、前記ヴァキュウ ム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並べ てあり、前記ヴァキュウム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； 前記基板近くでローカル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。 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。 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。 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． 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． 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。 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。 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。 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。 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。 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。 １２． 以下を備えるプラズマソース： 一端が開放のシールドで、第２の端部にシールド開口をもっているシ 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の端部を包む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、ガスが前記シールドを通り、前記 誘電ウインドウ開口を通るようにする、誘電ガスの送りチューブを有する誘電ウ インドウ。 １３． 以下を備えるインライン連続プラズマ処理システム： 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ＲＦプ ラズマソース； 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、第２の端部にシールド開口を もっているシールド； 前記シールド内に位置するｒｆアンテナ；及び 前記シールドの前記第１の端部を包む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、ガスが前記シールドを通り 、前記誘電ウインドウ開口を通り、前記ハウジングに入るようにする、誘電ガス の送りチューブを有する誘電ウインドウ；及び 前記ハウジング内に位置するコンベヤベルトで、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 よって発生されたプラズマの下にウェーハを搬送するもの。 １４． 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 ユニフォーミティを維持する請求項１のシステム。