プラズマ処理装置及び方法

专利摘要:
プラズマ処理装置は被処理体に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記内部空間に電界を形成し、前記内部空間に供給されたソースガスからプラズマを生成するプラズマ生成ユニットとを含む。前記プラズマ処理装置は前記プラズマ生成ユニットは、前記チャンバの上部面と略平行に配置される上部ソースと、前記上部ソースに連結され、前記上部ソースに第１の電流を供給する上部電源と、前記チャンバの側部を取り囲む側部ソースと、前記側部ソースに連結され、前記側部ソースに第２の電流を供給する側部電源とを含む。プラズマ処理装置はさらに前記上部電源と前記上部ソースの間に配置された上部整合器と、前記側部電源と前記側部ソースの間に配置された下部整合器を含む。。
公开号:JP2011511471A
申请号:JP2010545811
申请日:2009-02-12
公开日:2011-04-07
发明作者:ウ，サンーホ；ヤン，イルークァン
申请人:ユージン テクノロジー カンパニー リミテッド；
IPC主号:H01L21-31

专利说明:

[0001] 本発明は、プラズマ処理装置及び方法に関するもので、より詳細には、プラズマを用いてチャンバ内の被処理体を処理する方法に関するものである。]
背景技術

[0002] 半導体装置は、シリコン基板上に多数の層を有しており、これらの層は、蒸着工程を通して基板上に蒸着される。このような蒸着工程は、いくつかの重要なイッシューを有しており、これらイッシューは、蒸着された各膜を評価し、蒸着方法を選択するにおいて重要である。
第一のイッシューは、複数の蒸着された膜である。これは、組成、汚染度、損失度及び機械的・電気的特性を意味する。各膜の組成は蒸着条件によって変化可能であり、これは、特定の組成を得るために非常に重要である。
第二のイッシューは、ウェハを横切る均一な厚さである。特に、段差が形成された非平面形状のパターンの上部に蒸着された膜の厚さが非常に重要である。蒸着された膜の厚さが均一であるかどうかは、段差部分に蒸着された最小厚さと、パターンの上部面に蒸着された厚さの比で定義されるステップカバレッジを通して判断することができる。
蒸着と関連した他のイッシューは、空間充填である。これは、各金属ライン間を酸化膜を含む絶縁膜で充填するギャップフィリングを含む。ギャップは、各金属ラインを物理的及び電気的に絶縁させるために提供される。
これらイッシューのうち均一度は、蒸着工程と関連した重要なイッシューのうち一つであり、不均一な膜は、金属配線上で高い電気抵抗をもたらし、機械的な破損の可能性を増加させる。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 本発明の目的は、工程均一度を確保することができるプラズマ処理装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、次の詳細な説明と添付の図面を通してより明確になるだろう]
課題を解決するための手段

[0004] 本発明によれば、プラズマ処理装置は、被処理体に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記内部空間に電界を形成し、前記内部空間に供給されたソースガスからプラズマを生成するプラズマ生成ユニットとを含み、前記プラズマ生成ユニットは、前記チャンバの上部面と略平行に配置される上部ソースと、前記上部ソースに連結され、前記上部ソースに第１の電流を供給する上部電源と、前記チャンバの側部を取り囲む側部ソースと、前記側部ソースに連結され、前記側部ソースに第２の電流を供給する側部電源とを含む。
前記プラズマ生成ユニットは、前記上部電源と前記上部ソースとの間に位置する上部整合器と、前記側部電源と前記側部ソースとの間に位置する下部整合器とをさらに含むことができる。
前記上部ソースは、第１の上部ソースと、前記第１の上部ソースと略同一形状を有し、前記第１の上部ソースとの間に既に設定された位相差を有する第２の上部ソースと、前記第１及び第２の上部ソースと略同一形状を有し、前記第２の上部ソースとの間に既に設定された位相差を有する第３の上部ソースとを含むことができる。
前記チャンバは、前記被処理体が置かれる支持部材が提供され、前記プラズマによって工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記プラズマ生成ユニットによって前記プラズマが生成される生成チャンバとを備えており、前記上部ソースは前記生成チャンバの上部面と略平行に配置され、前記側部ソースは前記生成チャンバの側部に提供される。
本発明によれば、プラズマ処理方法は、上部ソースをチャンバの上部面と略平行に設置し、前記チャンバの側部を取り囲むように側部ソースを設置した状態で、上部電源を用いて前記上部ソースに第１の電流を供給し、側部電源を用いて前記側部ソースに第２の電流を供給することによって、前記チャンバの内部空間にプラズマを生成し、生成された前記プラズマを用いて前記チャンバの内部に提供された被処理体を処理することを特徴とする。]
発明の効果

[0005] 本発明の実施態様によれば、チャンバ内に均一な密度を有するプラズマを生成することができる。また、プラズマを用いる被処理体に対する工程均一度を確保することができる。]
図面の簡単な説明

[0006] 本発明における上記の、および他の態様、特徴、利点は、添付の図面と併せて詳細に説明することにより明確に理解されるであろう。
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
図１の上部ソースを示す図である。
図１の上部ソースを示す図である。
図１の上部ソースを示す図である。
図１の側部ソースを示す図である。
図１の側部ソースを示す図である。
図１の側部ソースを示す図である。
図１のプラズマソースの内部を示す図である。
図１の上部ソースに連結されるコネクタを示す図である。] 図１
実施例

[0007] 以下、本発明の好適な各実施例を添付の図１〜図９を参照してより詳細に説明する。本発明の各実施例は、多様な形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下で説明する各実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本実施例は、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面に示した各要素の形状は、より明確な説明を強調するために誇張されることがある。
一方、以下では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式のプラズマ工程を例に挙げて説明するが、本発明は、多様なプラズマ工程に応用可能である。また、以下では、基板を例に挙げて説明するが、本発明は多様な被処理体に応用可能である。
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
プラズマ処理装置は、基板Ｗに対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバ１０を含む。チャンバ１０は、工程チャンバ１２と生成チャンバ１４に区分され、工程チャンバ１２内では基板に対する工程が行われ、生成チャンバ１４では、外部から供給されたソースガスからプラズマが生成される。
工程チャンバ１２内には支持プレート２０が設置され、支持プレート２０上には基板Ｗが置かれる。基板Ｗは、工程チャンバ１２の一側に形成された入口１２ａを介して工程チャンバ１２の内部に投入され、投入された基板は支持プレート２０上に置かれる。また、支持プレート２０は、静電気チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ、Ｅ—ｃｈｕｃｋ）であり、支持プレート２０上に置かれたウェハの温度を精密に制御するために別途のヘリウム（Ｈｅ）後面冷却システム（図示せず）を備えることができる。
生成チャンバ１４の上部面及び外周面にはプラズマソース１６が提供される。プラズマソース１６は、生成チャンバ１４の上部面に配置される上部ソース１００と、生成チャンバ１４の外周面に配置される側部ソース２００とを備えている。上部ソース１００は、上部入力ライン１００ａを介して高周波電源（ＲＦ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に連結され、上部ソース１００と高周波電源との間には上部整合器１８が提供される。そして、側部ソース２００は、側部入力ライン２００ａを介して高周波電源（ＲＦ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に連結され、側部ソース２００と高周波電源との間には側部整合器１９が提供される。上部整合器１８及び側部整合器１９は、インピーダンス整合のために提供される。
上部整合器１８に連結された高周波電源を介して供給された高周波電流は上部ソース１００に供給され、側部整合器１９に連結された高周波電源を介して供給された高周波電流は側部ソース２００に供給される。上部ソース１００及び側部ソース２００は、高周波電流を磁場に変換し、チャンバ１０の内部に供給されたソースガスからプラズマを生成する。
このとき、上部ソース１００及び側部ソース２００は別個の高周波電源にそれぞれ連結されるので、上部ソース１００及び側部ソース２００には別個の高周波電流が供給される。したがって、上部整合器１８に連結された高周波電源と側部整合器１９に連結された高周波電源を互いに異なるように調節すれば、上部ソース１００に供給された高周波電流の大きさと側部ソース２００に供給された高周波電流の大きさを互いに異なるように調節することができる。
この構成によって、支持プレート２０上に置かれた基板Ｗに対する工程均一度を調節することができる。例えば、上部ソース１００が基板Ｗの中央に対応し、側部ソース２００が基板Ｗの縁部に対応すると仮定する場合、基板Ｗの中央に対する均一度が基板Ｗの縁部に対する均一度より高いか低い場合、上部ソース１００に供給される高周波電流を低下又は上昇させることができ、側部ソース２００に供給される高周波電流を上昇又は低下させることができる。すなわち、上部ソース１００に供給される高周波電流と側部ソース２００に供給される高周波電流を独立的に調節できるので、これを通して工程均一度を確保することができる。
工程チャンバ１２の一側には排気ライン３４が連結され、排気ライン３４上にはポンプ３４ａが連結される。プラズマ及び反応副産物などは、排気ライン３４を介してチャンバ１０の外部に排出され、ポンプ３４ａはこれらを強制排出する。
チャンバ１０の内部のプラズマ及び反応副産物などは、排気プレート３２を介して排気ライン３４に流入する。排気プレート３２は、支持プレート２０の外側に支持プレート２０と略平行に配置される。チャンバ１０の内部のプラズマ及び反応副産物などは、排気プレート３２に形成された各排気ホール３２ａを介して排気ライン３４に流入する。
図２〜図４は、図１の上部ソース１００を示す図である。
図２〜図４に示すように、上部ソース１００は、第１の上部ソース１２０、第２の上部ソース１４０及び第３の上部ソース１６０を含む。第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０は、略同一形状を有し、等角をなすように配置される。したがって、第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０は、互いに略同一の位相差（θ＝６０゜）を有する。
図２は、本発明の一実施例に係る上部ソース１００を示す図である。図２に示すように、第１の上部ソース１２０は、生成チャンバ１４の上部面中心から既に設定された曲率（曲率半径＝ｒ１）を有して生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって延長される。曲率半径によって第１の上部ソース１２０の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した上部入力ライン１００ａは、生成チャンバ１４の上部面中心に位置する第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０の一端に連結される。したがって、上部ソース１００に供給された高周波電流は、第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０を介して時計方向に回転する渦巻き形状に生成チャンバ１４の上部面中心から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって伝達される。
図３は、本発明の他の実施例に係る上部ソース１００を示す図である。図３に示すように、第１の上部ソース１２０は、第１の中央ソース１２２及び第１の縁部ソース１２４を含む。第１の中央ソース１２２は、生成チャンバ１４の上部面中心から既に設定された曲率（曲率半径＝ｒ２）を有して生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって延長される。第１の縁部ソース１２４は、第１の中央ソース１２２の端から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって半径方向に延長される。曲率半径及び第１の縁部ソース１２４の長さによって第１の上部ソース１２０の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した上部入力ライン１００ａは、生成チャンバ１４の上部面中心に位置する第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０の一端に連結される。したがって、上部ソース１００に供給された高周波電流は、第１〜第３の中央ソース１２２、１４２、１６２を介して時計方向に回転する渦巻き形状に生成チャンバ１４の上部面中心から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって伝達され、その後、第１〜第３の縁部ソース１２４、１４４、１６４を介して生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって放射状に伝達される。
図４は、本発明の更に他の実施例に係る上部ソース１００を示す図である。図４に示すように、第１の上部ソース１２０は、第１の中央ソース１２２、第１の円形ソース１２４及び第１の縁部ソース１２６を含む。第１の中央ソース１２２は、生成チャンバ１４の上部面中心から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって半径方向に延長される。第１の円形ソース１２４は、第１の中央ソース１２２の端から延長され、第１の中央ソース１２２の長さ（ｒ３）と同一の半径を有する円弧形状に形成される。第１の縁部ソース１２６は、第１の円形ソース１２４の端から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって半径方向に延長される。一方、第１の中央ソース１２２の長さ（ｒ３）によって第１の上部ソース１２０の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した上部入力ライン１００ａは、生成チャンバ１４の上部面中心に位置する第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０の一端に連結される。したがって、上部ソース１００に供給された高周波電流は、第１〜第３の中央ソース１２２、１４２、１６２を介して生成チャンバ１４の上部面中心から生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって伝達され、その後、第１〜第３の円形ソース１２４、１４４、１６４を介して既に設定された角度（θ）だけ回転した後、第１〜第３の縁部ソース１２６、１４６、１６６を介して生成チャンバ１４の上部面縁部に向かって放射状に伝達される。
以上説明した上部ソース１００は、生成チャンバ１４の上部面の半径方向によって均一な密度を有するプラズマを生成チャンバ１４内に生成する。側部ソース２００は、生成チャンバ１４の外周面に配置されるので、側部ソース２００によって生成されたプラズマの密度は、生成チャンバ１４の外周面に近づくほど高くなり、生成チャンバ１４の外周面から遠ざかるほど低くなる。上部ソース１００は、生成チャンバ１４の上部面中心から生成チャンバ１４の上部面縁部に至るように配置されるので、上部ソース１００によって生成されたプラズマの密度は、生成チャンバ１４の上部面の半径方向によって均一な密度を有する。一方、図２〜図４に示した第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０は互いに絶縁される。
図５〜図７は、図１の側部ソース２００を示す図である。図５〜図７に示した生成チャンバ１４は、図１に示した生成チャンバ１４の外周面を展開した図であって、図５〜図７に示した側部ソース２００は、生成チャンバ１４の外周面上に配置されている。図５〜図７に示すように、側部ソース２００は、第１の側部ソース２２０、第２の側部ソース２４０及び第３の側部ソース２６０を含み、第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０は、略同一の位相差（θ＝６０゜）を有し、側部入力ライン２００ａの端に一端がそれぞれ連結される。第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０は、略同一形状を有し、第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０上には、生成チャンバ１４の一側から他側に向かって高周波電流が流れる。本実施例では、第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０上に同一方向の高周波電流が流れると説明しているが、これと異なり、互いに異なる方向の高周波電流が流れることもある。
図５は、本発明の一実施例に係る側部ソース２００を示す図である。図５に示すように、第１の側部ソース２２０は、第１の下降ソース２２２及び第１の上昇ソース２２４を含む。第１の下降ソース２２２は、側部入力ライン２００ａの端に一端が連結され、生成チャンバ１４の上部から下部に向かって下方傾斜するように延長される。第１の上昇ソース２２４は、第１の下降ソース２２２の端に一端が連結され、生成チャンバ１４の下部から上部に向かって上方傾斜するように延長される。図５に示した第１の側部ソース２２０は、一つの第１の下降ソース２２２及び一つの第１の上昇ソース２２４を備えているが、本発明はこれに限定されない。あるいは、複数の第１の下降ソース２２２と複数の第１の上昇ソース２２４を交互に備えることもできる。上述したように、高周波電流は、側部入力ライン２００ａにそれぞれ連結された第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０に供給される。その後、高周波電流は、第１〜第３の下降ソース２２２、２４２、２６２を介して生成チャンバ１４の上部から下部に向かって流れ、第１〜第３の上昇ソース２２４、２４４、２６４を介して生成チャンバ１４の下部から上部に向かって流れる。
図６は、本発明の他の実施例に係る側部ソース２００を示す図で、図７は、図６の変形例である。図６に示すように、第１の側部ソース２２０は、第１の上側ソース２２２ａ、第１の下側ソース２２２ｂ、第１の下降ソース２２４ａ及び第１の上昇ソース２２４ｂを含む。第１の上側ソース２２２ａは、側部入力ライン２００ａの端に一端が連結され、生成チャンバ１４の一側から他側に向かって生成チャンバ１４の上部面と略平行に延長される。第１の下側ソース２２２ｂは、第１の上側ソース２２２ａと略平行に生成チャンバ１４の一側から他側に向かって延長される。第１の上側ソース２２２ａと第１の下側ソース２２２ｂは、第１の上側ソース２２２ａから下方傾斜するように延長された第１の下降ソース２２４ａ、及び第１の下側ソース２２２ｂから上方傾斜するように延長された第１の上昇ソース２２４ｂを介して連結される。図５に示した第１の側部ソース２２０とは異なり、多数の第１の上側ソース２２２ａ、第１の下側ソース２２２ｂ、第１の下降ソース２２４ａ及び第１の上昇ソース２２４ｂを交互に備えることもできる。上述したように、高周波電流は、側部入力ライン２００ａにそれぞれ連結された第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０に供給される。その後、高周波電流は、第１〜第３の上側ソース２２２ａ、２４２ａ、２６２ａを介して生成チャンバ１４の一側から他側に向かって流れ、第１〜第３の下降ソース２２４ａ、２４４ａ、２６４ａを介して生成チャンバ１４の上部から下部に向かって流れる。その後、高周波電流は、第１〜第３の下側ソース２２２ｂ、２４２ｂ、２６２ｂを介して生成チャンバ１４の一側から他側に向かって流れ、第１〜第３の上昇ソース２２４ｂ、２４４ｂ、２６４ｂを介して生成チャンバ１４の下部から上部に向かって流れる。
以上説明した側部ソース２００は、生成チャンバ１４の上下方向に沿って均一な密度を有するプラズマを生成チャンバ１４内に生成する。側部ソース１００に沿って流れる高周波電流は、生成チャンバ１４の外周面に沿って生成チャンバ１４の上部及び下部に交互に流れるので、高周波電流によって生成された磁場は、生成チャンバ１４の上下方向に対して均一であり、これと同様に、磁場によって生成されたプラズマも、生成チャンバ１４の上下方向に対して均一な密度を有する。一方、図５〜図７に示した第１〜第３の側部ソース２２０、２４０、２６０は互いに絶縁される。
図８は、図１のプラズマソース１６の内部を示す図である。プラズマソース１６上には高周波電流が流れるので、これによって、プラズマソース１６の温度が上昇するようになる。したがって、プラズマソース１６の温度を調節するためにプラズマソース１６の内部に冷媒を供給することができ、チラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）（図示せず）を通して冷媒を既に設定された温度に調節することができる。
図９は、図１の上部ソース１００に連結されるコネクタ１７を示す図である。コネクタ１７は、上部コネクタ１７ａ及び複数の下部コネクタ１７ｂを備えている。上部コネクタ１７ａには上部入力ライン１００ａが連結され、下部コネクタ１７ｂには第１〜第３の上部ソース１２０、１４０、１６０がそれぞれ連結される。
以上、本発明を好適な各実施例に基づいて詳細に説明したが、これと異なる形態の実施例も可能である。したがって、以下に記載した特許請求の範囲の技術的思想と範囲は、好適な各実施例に限定されるものでない。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８ 図９
[0008] １０チャンバ
１２工程チャンバ
１４生成チャンバ
１６プラズマソース
２０支持プレート
３０排気ユニット
１００ 上部ソース
２００ 側部ソース]

权利要求:

請求項1
被処理体に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記内部空間に電界を形成し、前記内部空間に供給されたソースガスからプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、を含み、前記プラズマ生成ユニットは、前記チャンバの上部面と略平行に配置される上部ソースと、前記上部ソースに連結され、前記上部ソースに第１の電流を供給する上部電源と、前記チャンバの側部を取り囲む側部ソースと、前記側部ソースに連結され、前記側部ソースに第２の電流を供給する側部電源と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項2
前記プラズマ生成ユニットは、前記上部電源と前記上部ソースとの間に位置する上部整合器と、前記側部電源と前記側部ソースとの間に位置する下部整合器と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項3
前記上部ソースは、第１の上部ソースと、前記第１の上部ソースと略同一形状を有し、前記第１の上部ソースとの間に既に設定された位相差を有する第２の上部ソースと、前記第１及び第２の上部ソースと略同一形状を有し、前記第２の上部ソースとの間に既に設定された位相差を有する第３の上部ソースと、を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
請求項4
前記チャンバは、前記被処理体が置かれる支持部材が提供され、前記プラズマによって工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記プラズマ生成ユニットによって前記プラズマが生成される生成チャンバと、を備えており、前記上部ソースは前記生成チャンバの上部面と略平行に配置され、前記側部ソースは前記生成チャンバの側部に提供されることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
請求項5
上部ソースをチャンバの上部面と略平行に設置し、前記チャンバの側部を取り囲むように側部ソースを設置した状態で、上部電源を用いて前記上部ソースに第１の電流を供給し、側部電源を用いて前記側部ソースに第２の電流を供給することによって、前記チャンバの内部空間にプラズマを生成し、生成された前記プラズマを用いて前記チャンバの内部に提供された被処理体を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。