特許 7498984 プラズマエッチングシステムおよびその加熱に使用可能なファラデーシールド装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】プラズマエッチングシステムおよびその加熱に使用可能なファラデーシールド装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240606BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101C

H01L21/302 101Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022572444

(86)(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-04

(86)【国際出願番号】 CN2021096196

(87)【国際公開番号】W WO2021239023

(87)【国際公開日】2021-12-02

【審査請求日】2022-12-08

(31)【優先権主張番号】202020935350.8

(32)【優先日】2020-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522457405

【氏名又は名称】北京魯▲もん▼半導体科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＬＥＵＶＥＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ． ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】２０３，２ｎｄ Ｆｌｏｏｒ，Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ４，Ｎｏ．２８ Ｊｉｎｇｈａｉ Ｓｅｃｏｎｄ Ｒｏａｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ，Ｄａｘｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】郭 頌

(72)【発明者】

【氏名】劉 海洋

(72)【発明者】

【氏名】王 ▲チョン▼▲イー▼

(72)【発明者】

【氏名】程 実然

(72)【発明者】

【氏名】劉 小波

(72)【発明者】

【氏名】張 軍

(72)【発明者】

【氏名】胡 冬冬

(72)【発明者】

【氏名】許 開東

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９１８２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００４－５３４３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４７１７８１７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマエッチングシステムの加熱に使用可能なファラデーシールド装置であって、
ファラデーシールド板を含み、前記ファラデーシールド板は、導電性リングと、導電性リングの外周に放射対称に接続された複数の導電性弁状部材とを含み、
前記ファラデーシールド板の下端面に貼り付けられた抵抗ワイヤをさらに含み、前記抵抗ワイヤの外面に絶縁熱伝導層が設けられ、エッチングプロセスにおいて、前記抵抗ワイヤは通電加熱され、
前記ファラデーシールド板は複数の加熱領域に分けられ、各前記加熱領域は、一段の導電性リングと、前記一段の導電性リングに対応して接続された複数の導電性弁状部材とを含み、各加熱領域に抵抗ワイヤが１本設けられ、前記１本の抵抗ワイヤは、前記加熱領域内の前記導電性リングおよび前記加熱領域内の各導電性弁状部材に沿って配線されており、
前記ファラデーシールド板上に前記抵抗ワイヤが配線されてなるパターンは開曲線であり、前記抵抗ワイヤは、前記導電性弁状部材の下端面において円弧状の経路に沿って配線されていることにより、均一に加熱することができるファラデーシールド装置。

【請求項2】

前記抵抗ワイヤに給電するための加熱回路をさらに含み、
前記加熱回路は、加熱電源と、フィルタ回路ユニットとを含み、前記加熱電源の出力端が前記フィルタ回路ユニットによってフィルタされた後に前記抵抗ワイヤに接続される請求項１に記載のファラデーシールド装置。

【請求項3】

フィードバック制御回路をさらに含み、前記フィードバック制御回路は、温度測定センサと、温度コントローラと、ソリッドステートリレーと、を含み、前記ソリッドステートリレーは前記加熱回路に設けられ、前記加熱回路の開閉を制御し、前記温度測定センサは、前記抵抗ワイヤの温度を測定し、前記温度コントローラにデータを送信し、前記温度コントローラは、設定温度、フィードバック信号に基づいて前記ソリッドステートリレーの開閉を制御する請求項２に記載のファラデーシールド装置。

【請求項4】

前記ファラデーシールド板の下端面に配線溝が設けられており、前記抵抗ワイヤは前記配線溝内に嵌め込まれている請求項１に記載のファラデーシールド装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の加熱に使用可能なファラデーシールド装置を含むプラズマエッチングシステム。

【請求項6】

誘電体窓をさらに含み、前記ファラデーシールド板は前記誘電体窓内に一体に焼結されている請求項５に記載のプラズマエッチングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は半導体エッチングの技術分野に属し、特にプラズマエッチングシステムおよびその加熱に使用可能なファラデーシールド装置に関する。

【0002】

本願は、２０２０年５月２８日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２０２０９３５３５０.８、出願の名称が「プラズマエッチングシステムおよびその加熱に使用可能なファラデーシールド装置」である中国特許出願の優先権を主張しており、その全内容は援用により本願に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

エッチングプロセスにおいて、プラズマコイルの異なる部分の間の電圧容量はプラズマに結合し、このような結合は点火および安定化を促進するが、容量結合部分は反応室に局所的な補強電圧を引き起こすことがあり、これはイオンがプラズマから離れることを加速して局所的に誘電体窓に影響を与え、局所的なスパッタリング損傷を引き起こす可能性があり、それ以外の場合、容量結合は局所的な堆積を引き起こす可能性がある。スパッタリングにより、誘電体窓の表面コート層が損傷し、粒子が脱落して製造されたウエハ上に落下して欠陥となる可能性がある。

【0004】

上記問題を解決するために、従来技術は図１のようなプラズマエッチングマシン誘電体窓加熱技術を採用し、示される主な構成部分は、ＲＦコイル００１、誘電体窓００２、加熱網００４、送風ファン００５、外部シールドカバー００６である。ＲＦコイル００１はプラズマを生成し、プラズマは誘電体窓００２を通してプロセスを行い、加熱網００４は熱を生成し、前記送風ファン００５によって図の矢印に示す方向で前記誘電体窓００２に送風して加熱する。この方法の欠点は主に以下のとおりである。送風ファンによって送られる熱が周囲に伝達されるので、加熱効率が低く、また、コイルと他の電気素子、例えば整合器等とを同時に加熱し、電気素子が高温になって損傷されやすく、送風ファンによって送られる熱が周囲に伝達され、温度がますます高くなり、高温で作業者に傷害を与えることを防止するために、外部シールドカバー００６を必要とし、構造が複雑になり、追加のスペースを占用するだけでなく、コストを増加させる。

【0005】

また、セラミック誘電体窓を加熱することで、生成物の堆積量を減少することができるが、一部の生成物がセラミック誘電体窓に堆積され、一定時間後に堆積物が一定量まで増加し、依然としてエッチングプロセスに悪影響を与える。このため、反応室を取り外し、さらにセラミック誘電体窓を取り外して人工洗浄を行う必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記問題を解決するために、本願の例示的な各実施例は、誘電体窓に直接接触する抵抗ワイヤに通電してその温度を上昇させることで、誘電体窓を加熱し、生成物の堆積量を減少させ、加熱効率が高く、熱損失が少なく、装置の構造が簡略化されるプラズマエッチングシステムおよびその加熱に使用可能なファラデーシールド装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

技術的解決手段は以下のとおりである。
本願は、ファラデーシールド板を含み、前記ファラデーシールド板は、導電性リングと、複数の導電性リングの外周に放射対称に接続された導電性弁状部材と、を含み、
ファラデーシールド板の下端面に貼り付けられた抵抗ワイヤをさらに含み、前記抵抗ワイヤの外面に絶縁熱伝導層が設けられ、エッチングプロセスにおいて、前記抵抗ワイヤは通電加熱される、プラズマエッチングシステムの加熱に使用可能なファラデーシールド装置を提供する。

【0008】

さらには、抵抗ワイヤに給電するための加熱回路をさらに含み、前記加熱回路は、加熱電源と、フィルタ回路ユニットとを含み、前記加熱電源の出力端がフィルタ回路ユニットによってフィルタされた後に抵抗ワイヤに接続される。

【0009】

さらには、フィードバック制御回路をさらに含み、前記フィードバック制御回路は、温度測定センサと、温度コントローラと、ソリッドステートリレーとを含み、前記ソリッドステートリレーは、加熱回路に設けられ、加熱回路の開閉を制御し、前記温度測定センサは抵抗ワイヤの温度を測定し、温度コントローラにデータを送信し、前記温度コントローラは、設定温度、フィードバック信号に基づいてソリッドステートリレーの開閉を制御する。

【0010】

さらには、ファラデーシールド板上に前記抵抗ワイヤが配線されてなるパターンは開曲線である。

【0011】

さらには、前記ファラデーシールド板は複数の加熱領域に分けられ、各前記加熱領域は、一段の導電性リングと、該一段の導電性リングに対応して接続された複数の導電性弁状部材とを含み、各加熱領域に抵抗ワイヤが１本設けられ、前記１本の抵抗ワイヤは前記加熱領域内の導電性リングおよび前記加熱領域内の各導電性弁状部材に沿って配線されている。

【0012】

さらには、前記抵抗ワイヤは、導電性弁状部材の下端面において円弧状の経路に沿って配線されている。

【0013】

さらには、前記ファラデーシールド板の下端面に配線溝が設けられており、前記抵抗ワイヤは配線溝内に嵌め込まれている。

【0014】

プラズマエッチングシステムであって、上記加熱に使用可能なファラデーシールド装置を含む。

【0015】

さらには、前記プラズマエッチングシステムは誘電体窓をさらに含み、前記ファラデーシールド板は誘電体窓内に一体に焼結されている。

【発明の効果】

【0016】

有益な効果は以下のとおりである。
本願は、エッチングプロセスにおいて、加熱回路と抵抗ワイヤとを導通し、抵抗ワイヤとファラデーシールド板に通電してこれらの温度を上昇させ、誘電体窓を加熱し、生成物の堆積量を減少させ、前記抵抗ワイヤの外面に絶縁熱伝導層が設けられるため、抵抗ワイヤとファラデーシールド板は絶縁を保持すると同時に、ファラデーシールド板は放熱シートとして抵抗ワイヤの熱の拡散を加速することができ、誘電体窓の加熱効率が向上し、熱損失が少なく、装置の構造が簡略化される。
洗浄プロセスにおいて、加熱回路とファラデーシールド板をオフにし、ファラデーシールド板に電源を入れ、誘電体窓を洗浄する。
ファラデーシールド板はＲＦコイルと抵抗ワイヤとの間に位置してシールドを形成することにより、一方では、ＲＦコイルと抵抗ワイヤとの間に結合が発生し、ＲＦコイルのＲＦと抵抗ワイヤの発熱に影響を与えることを効果的に防止することができ、他方では、抵抗ワイヤとＲＦコイルとの間に放電が発生して、抵抗ワイヤを焼損することを防止することができる。
前記加熱電源の出力端はフィルタ回路ユニットによってフィルタされた後にファラデーシールド板に接続され、これにより、ＲＦコイルとファラデーシールド板との間の結合が発生し、コイルＲＦおよびファラデーシールド板の加熱電流に干渉を発生することを効果的に防止する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来技術のプラズマエッチングマシンの誘電体窓の加熱構造の概略図である。

【図2】本願の構造概略図である。

【図3】本願のファラデーシールド板の平面図である。

【図4】本願のファラデーシールド板の平面図の部分拡大図である。

【図5】本願のファラデーシールド板と誘電体窓との接続箇所の部分拡大図である。

【図6】本願の使用プロセスのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図２に示すように、本願の例示的な各実施例は、反応室０２２と、ＲＦコイル００１と、バイアス電極０２０とを含むプラズマエッチングシステムを提供する。

【0019】

前記反応室０２２の上方に誘電体窓００２が設けられ、前記ＲＦコイル００１は誘電体窓００２の上方に位置する。前記ＲＦコイル００１は、励起用ＲＦ電源０１１によって励起用整合ネットワーク０１０を介して同調された後に給電される。

【0020】

前記バイアス電極０２０は、反応室０２２内に位置し、バイアスＲＦ電源０２１によってバイアス整合ネットワーク０２５を介して同調された後に給電される。

【0021】

前記反応室０２２の下端に真空ポンプ０２４と圧力制御弁０２３がさらに設けられ、反応室０２２に必要な真空度を維持することに使用される。

【0022】

前記プラズマエッチングシステムは、反応室０２２にプロセスガスを供給するためのガス源０１２をさらに含み、前記プロセスガスは誘電体窓００２から反応室０２２に入る。

【0023】

図３に示すように、前記プラズマエッチングシステムは加熱に使用可能なファラデーシールド装置をさらに含み、前記ファラデーシールド装置はファラデーシールド板００９を含む。前記ファラデーシールド板００９は、導電性リング００９２と、導電性リング００９２の外周に放射対称に接続された複数の導電性弁状部材００９１とを含む。本実施例では、前記ファラデーシールド板００９も励起用ＲＦ電源０１１によって励起用整合ネットワーク０１０を介して同調された後に給電され、シールド電源として使用される。励起用整合ネットワーク０１０の出力端は三相スイッチ０２６を介してＲＦコイル００１またはファラデーシールド板００９に接続することができる。

【0024】

エッチングプロセスを行う際に、ウエハをバイアス電極０２０に配置する。ガス源０１２から反応室０２２に、プラズマ処理用のプロセス反応ガス、例えばフッ素を導入する。圧力制御弁０２３と真空ポンプ０２４によって反応室０２２を所定の圧力に維持する。励起用ＲＦ電源０１１は励起用整合ネットワーク０１０によってＲＦコイル００１を同調し、三相スイッチ０２６によってＲＦコイル００１に給電し、誘導結合によって反応室０２２にプラズマが生成され、ウエハに対してプラズマ処理プロセスを行う。プラズマ処理プロセスが完了すると、ＲＦ電力の入力を停止し、プラズマ処理プロセス用の反応ガスの入力を停止する。

【0025】

洗浄プロセスを行う必要があるとき、基板をバイアス電極０２０に配置する。ガス源０１２から反応室０２２にアルゴンガス、酸素ガスおよび三フッ化窒素などの洗浄プロセス用の反応ガスを導入する。圧力制御弁０２３と真空ポンプ０２４によって反応室０２２を所定の圧力に維持する。励起用ＲＦ電源０１１は、励起用整合ネットワーク０１０によってファラデーシールド板００９を同調し、三相スイッチ０２６によってファラデーシールド板００９に給電する。ファラデーシールド板００９からの電力はアルゴンイオン等を発生させ、誘電体窓００２の内壁にスパッタリングし、誘電体窓００２を洗浄する。洗浄プロセスが完了すると、ＲＦ電力の入力を停止し、洗浄プロセス用の反応ガスの入力を停止する。

【0026】

前記ファラデーシールド装置は、ファラデーシールド板の下端面に貼り付けられた抵抗ワイヤ００３と、加熱回路と、をさらに含む。本実施例では、前記ファラデーシールド板の下端面に配線溝が設けられており、前記抵抗ワイヤ００３は配線溝内に嵌め込まれており、省スペース化を図ることができる。前記加熱回路は加熱電源０１５を含み、加熱電源０１５はエッチングプロセスに使用される場合、抵抗ワイヤ００３を通電加熱する。前記抵抗ワイヤ００３の外面に絶縁熱伝導層００３１が設けられるため、抵抗ワイヤ００３とファラデーシールド板００９は絶縁を保持すると同時に、ファラデーシールド板００９は放熱シートとして抵抗ワイヤ００３の熱の拡散を加速することができ、これによって、誘電体窓００２の加熱効率を向上させる。

【0027】

図４に示すように、具体的な使用方法は以下のとおりである。
エッチングプロセスにおいて、反応室０２２にエッチング反応ガスを導入し、励起用ＲＦ電源０１１とＲＦコイル００１を導通し、プラズマを生成して基板をエッチングすると同時に、加熱回路と抵抗ワイヤ００３とを導通し、抵抗ワイヤ００３とファラデーシールド板００９に通電してこれらの温度を上昇させ、誘電体窓００２を加熱し、生成物の堆積量を減少させ、本実施例では、前記ファラデーシールド板００９は誘電体窓００２内に一体に焼結されており、これによって、加熱効率を向上させる。

【0028】

洗浄プロセスにおいて、加熱回路と抵抗ワイヤ００３をオフにし、反応室０２２に洗浄反応ガスを導入し、ファラデーシールド板００９にシールド電源を入れ、誘電体窓００２を洗浄する。

【0029】

エッチングプロセスにおいて、励起用ＲＦ電源０１１は、励起用整合ネットワーク０１０によってＲＦコイル００１を同調し、三相スイッチ０２６によってＲＦコイル００１に給電する。ファラデーシールド板００９はＲＦコイル００１と抵抗ワイヤ００３との間に位置してシールドを形成することにより、一方では、ＲＦコイル００１と抵抗ワイヤ００３との間に結合が発生し、ＲＦコイル００１のＲＦと抵抗ワイヤ００３の発熱に影響を与えることを効果的に防止することができ、他方では、抵抗ワイヤ００３とＲＦコイル００１との間に放電が発生して、抵抗ワイヤ００３を焼損することを防止することができる。

【0030】

本願の加熱回路はフィルタ回路ユニット０３０をさらに含む。前記加熱電源０１５の出力端はフィルタ回路ユニット０３０によってフィルタされた後にファラデーシールド板００９に接続され、これにより、ＲＦコイル００１とファラデーシールド板００９との間に結合が発生することを効果的に防止する。

【0031】

前記プラズマエッチングシステムはフィードバック制御回路をさらに含み、前記フィードバック制御回路は、温度測定センサ０１６と、温度コントローラ０１３と、ソリッドステートリレー０１４とを含む。前記ソリッドステートリレー０１４は、加熱回路に設けられ、加熱回路の開閉を制御し、前記温度測定センサ０１６は、抵抗ワイヤ００３の温度を測定し、温度コントローラ０１３にデータを送信し、前記温度コントローラ０１３は、設定温度、フィードバック信号に基づいてソリッドステートリレー０１４の開閉を制御する。抵抗ワイヤ００３の温度が温度コントローラ０１３によって設定された高温に達すると、フィードバック信号はソリッドステートリレー０１４を介して回路をオフにするように制御し、抵抗ワイヤ００３の温度が設定された低温よりも低い場合、温度測定センサ０１６は、温度の低下を検出すると、データを温度コントローラ０１３に伝送し、信号を再度フィードバックしてソリッドステートリレー０１４を介して回路をオフにするように制御して加熱する。これにより、フィードバック制御回路は抵抗ワイヤ００３を適切な温度に保つ。念のために、２組の温度測定センサ０１６と温度コントローラ０１３を設け、ソリッドステートリレー０１４を並列に制御するようにしてもよく、このように、温度測定センサ０１６または温度コントローラ０１３が故障することにより制御ができず、装置が損壊されることを防止することができ、２組の温度測定センサ０１６は抵抗ワイヤ００３の異なる位置を測定することで、抵抗ワイヤ００３の温度にむらが発生し、局所的な温度が高すぎたり低すぎたりすることを防止することができる。

【0032】

エッチングプロセスにおいて、フィードバック制御回路とＲＦコイル００１とが結合することを防止するために、フィードバック制御回路にもフィルタ回路ユニット０３０が設けられる。

【0033】

抵抗ワイヤ００３がファラデーシールド板００９の下端面に配線されて閉ループを形成すると、ＲＦコイル００１のＲＦをシールドするため、ファラデーシールド板００９に前記抵抗ワイヤ００３が配線されてなるパターンは開曲線である。

【0034】

好ましい配線形態は以下のとおりである。前記ファラデーシールド板００９は複数の加熱領域に分けられ、各前記加熱領域は、一段の導電性リング００９２と、該段の導電性リング００９２に対応して接続された複数の導電性弁状部材００９１とを含み、各加熱領域に抵抗ワイヤ００３が１本設けられ、前記１本の抵抗ワイヤ００３は、前記加熱領域内の導電性リング００９２および前記加熱領域内の各導電性弁状部材００９１に沿って配線されている。本実施例では、２つの加熱領域に分けられる。

【0035】

より均一に加熱するために、前記抵抗ワイヤ００３は、導電性弁状部材００９１の下端面において円弧状の経路に沿って配線されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】