JP2624975C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマエッチング及び反応的イオンエッチング（ＲＩＥ）モード
プラズマエッチングの両方に適する真空処理装置、及び半導体、導体及び誘電体
等をエッチングする真空処理装置に関する。 〔従来の技術とその問題点〕 過去数年間にわたって、集積回路におけるより高いデバイス密度、より小さな
最小図形およびより小さな離隔への傾向が、ＩＣ構成技術を湿式化学エッチング
から乾式又はプラズマエッチング技術へと移行させてきた。 その技術は、少なくとも三つのタイプのプラズマエッチング系を包含する。第
１図は、平行プレートプラズマ化学エッチング系１０を示し、それは室（チャン
バー）内をある程度真空にする真空ポンプへの接続部１２、及びバルブ導管配置
１４を介して室へ反応ガスを導くためのガス供給部１３を備えられた閉鎖反応室
１１を含む。系１０はまた、陰極構造物１７にラジオ周波エネルギーを供給し、
アースされた陽極１８を用いるところのエネルギー源１６を含む。陰極１７に対
して平行なプレート配置で延びるアースされた陽極１８に、ウェハー１９が取り
付けられる。真空ポンブへの接続部は、陰極１７に供給されたラジオ周波エネル
ギーにより形成される反応性ガスプラズマを閉じ込めるために、陽極１８と陰極
１７の間の領域内に反応ガスを導くように構成される。 第２図は、平行プレート反応的イオンエッチングモードのプラズマエッチング
系２０を示し、それはやはり、室内をある程度真空にする真空ポンプへの接続部
２２、バルブ導管配置２４を介して室へ反応ガスを導くためのガス供給部２３、
陰極構造物２７にラジオ周波エネルギーを供給するエネルギー源２６及びアース
された陽極２８を備える実質上閉鎖の反応室２１を含む。第１図のプラズマ系１
０とは対照的に、反応的イオンエッチング系２０ではウェハー１９は、陽極２８
からシールドされ隔てられている陰極２７上に取り付けられる。 第３図は別のＲＩＥモードエッチング系３０を図式的に示し、これは反応器１
０及び２０と同様に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(Applied Materials)社から市販されている。系３０は、円筒形反応室３１、 ラジオ周波供給部３６に接続された六角形陰極３７、及び真空ポンプに接続され
た排気端末３２を含む。反応室３１の壁および基部板３８が系のアースされた陽
極を形成する。ガス供給部３３は、端末３４、及び室の頂部のガス分配リング４
１への導管３５を介して室と通じている。 平行プレートプラズマ系１０は比較的高い圧力の系であり、１００ミリトルな
いし数トルの圧力範囲で運転され、従って系への反応ガスのかなりの流速がある
。対照的に、反応的イオンエッチング系２０及び３０は１〜１００ミリトルの範
囲の低圧で運転され、従ってかなり低いガス流速が用いられる。反応的イオンエ
ッチング系２０及び３０において、陰極近傍の活性化されたイオン種は、陰極及
びそれに取り付けられたウェハーに垂直な高い固有の方向性を持つ。活性化され
たイオン種の低い濃度にも関わらず、かなり高いパワーレベルで高周波のラジオ
周波エネルギーを用いることによって系２０及び３０においてエッチ速度が増加
される。なぜなら、ウェハー表面のイオンが衝突する露出された物体領域の運動
量が、活性化された種とエッチングされるべき物体との間の化学反応を促進する
からである。また、高度に方向性の機械的イオンボンバードエッチ成分がより等
方的な化学成分を凌駕し、系のエッチング特性に高度の異方性を与える。従って
、ＲＩＥモード系たとえば２０は、ＶＬＳＩ及びＵＳＬＩ回路における溝及びト
レンチのような極めて小さい図形をエッチングするために好ましい。 下記は、工業的に有用なＲＩＥモードエッチング反応器の設計及び選択におけ
る重要な因子及び要件である。まず、許容できるデバイス製造歩留りを達成する
ために、ＲＩＥモード反応器は、方向性、選択性、均一性、生育量、低い粒子レ
ベルなどの或るプロセス条件を満たさねばならない。次に、ＲＩＥモードエッチ
反応器が、たとえば自己清掃能力をその場で（インサイツ）組み込むことによっ
て、メンテナンスが全く又はほとんど不要であることが好ましい。他の望ましい
特性としては、工場及び反応器自動化への適応性、小さな反応器サイズ及び低い
製造コストである。 後者の反応器群は、他の条件が同じなら、バッチタイプの系よりも単一ウェハ
ー系の使用を好む傾向がある。また、単一ウェハー系は、プロセス開発のために
より簡便であり（各プロセス運転のために唯一つの高価なウェハーが用いられる
） またバッチ内のウェハー間の均一性の問題を起こさない。 しかし、単一ウェハーＲＩＥ系は典型的には、エッチ速度及び生産量を増すた
めに、プラズマモード及びＲＩＥモードのどちらかにおいても高い圧力(＞200mT
)で運転されなければならない。ところが、高圧運転は、方向性及び選択性を減
少させ、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩデバイス製造の厳しい要求を満たすことを困難に
する。すなわち通常そうであるように、他の事が等しくない。そして工業的に成
立しうる高い生産量ならびに許容しうる方向性及び選択性を得るために第２図及
び第３図で示すエッチング装置２０及び３０を含む多くのＲＩＥモードエッチン
グ装置は、低圧バッチタイプ反応器である。 第４図において、上述の従来技術の例外である単一ウェハーＲＩＥモードエッ
チ反応器４０を示す。この磁場促進ＲＩＥモードプラズマエッチング系４０は、
１９８５年１２月３０日に出願され特許許可された米国特許出願シリアルNo814,
638（出願人：ダン メイダンら、名称：マグネトロン促進プラズマエッチング
法）に記載されているものである。 この系４０は、１９８４年１０月２５日に出願され特許許可された米国特許出
願シリアルNo.664,657（出願人：フォスターら、名称：マグネトロン促進プラズ
マ補助化学的蒸着のための装置及び方法）に開示された磁場促進ＣＶＤ沈積シス
テムの改変である。ＲＩＥモードエッチ反応器４０は、比較的低い圧力の使用に
も関わらず、比較的高いエッチ速度を与えるために磁場促進エッチングを用い、
従って方向性及び選択性を犠牲にすることなく高い生産量を与えることができ、
又は逆も真である。ＲＩＥモードエッチ反応器４０はまた、磁場促進ＲＩＥ系に
おける磁場とプラズマとの間の相互作用に由来する固有のエッチ不均一を減少す
る。 系４０は、円筒形ステンレス鋼真空室４３を有する。フランジ付き陰極アセン
ブリー４２は、絶縁支柱（図示せず）上で室４３内に取り付けられる。典型的に
は陰極４２は、多角形であり、アルミニウムのような導電性非磁性物質よりなる
非磁性反射物端部４４Ａ（第５図）を持つ。外側端部４４Ｂは、Maycor（商標）
絶縁物質のような物質から形成される。プラズマ運転のために、ＲＦ形４６、典
型的には13.6MHz 系によってパワーが供給され、それはＲＦパワー供給部及び負 荷マッチングネットワークを含み、陰極４２に接続されている。反応ガスは、ガ
ス貯蔵タンク／貯留槽４９−４９の一以上の管又はガス供給系４８へのリングマ
ニホールド４７によって室４３の内部に導かれる。 半導体ウェハー５５は、支柱又はクリップのような手段５１によって陰極の側
面に保持される。矢印５２で示すように、反応ガスは基体表面を横切って流れ、
そして次に一以上の搬出口５３を通って、減圧バルブ及びルーツブロワーを介し
て機械的ポンプ（図示せず）へと流れる。 典型的には銅コイルから成る電磁石５４及び５６は、室４３の頂部及び底部近
くのその周面に位置される。電磁石は、コイル電流を逆にすることによって逆に
できるＮ極及びＳ極を形成する。 第４図において反応器系４０のＲＩＥモードプラズマエッチング操作の間に、
選択されたエッチングガス又は混合物は、ガス供給部から導入管５２−５２を通
り、排気ポンプ系により真空にされた反応室４３へと入る。第５図に示すように
、パワー供給部４６からのＲＦパワーの適用は、半導体ウェハー５５の近傍で、
低圧反応ガス放電又は電子のプラズマ５７、イオン、及び解離した種を作る。電
場Ｅは、陽電位エッチングプラズマから電極中央部の表面５８へと向かうプラズ
マシールド又はダークスペースを横切って形成される。この場は、電子を鞘を横
切り電極表面から離れるように加速し、陽イオンを鞘を横切り電極及びウェハー
５５の方向に加速して、ＲＩＥモードプラズマエッチングの特徴である方向性イ
オンボンバードエッチ成分を与える。 第５図の可逆的磁場Ｂは、基体５５に平行に、かつ電場Ｅに垂直に室４３に適
用されてエッチプロセスの特性を制御する。電子は磁線により閉じ込められ、こ
れは電子が陰極面５８から陽極４３へ容易に動くのを妨げる。また磁場及び電場
は、電子がドリフトし、そして陰極表面に沿って点から点へと動くように電子に
Ｅ×Ｂドリフト速度を与える。電子は、陰極及び基体に沿う正味のドリフト速度
を持つ帯域中に濃化される。端反射物４４Ａと協同して、Ｅ×Ｂドリフト速度は
、電子をプラズマ内に閉じ込める傾向がある。 上述のように、磁場促進反応器において磁場とプラズマの間の相互作用による
固有の不均一性の問題がある。プラズマ密度は、Ｅ×Ｂ方向で下流でより高く、 より高いエッチ速度を与える。例示のために、第４図のエッチング装置４０の陰
極４２の拡大部分断面図である第５図において、エッチング速度は、磁場の陽極
に相当するウェハーの端又は側面５８において、より大きい。二つの円筒状コイ
ル５４及び５６（第４図）を通る電流を逆にすると、Ｂ’で点線で示すようにウ
ェハーを横切る磁場の方向が逆になる。これはプラズマ流を逆にし、より速いエ
ッチング速度がウェハーの反対端５９に切り換えられる。磁場を逆にすることに
より、エッチ速度及び合計のエッチングが静止場の方向に沿ってウェハーにおい
て平均化されるので、固有のエッチング不均一性は部分的に補償される。 他の磁場促進ＲＩＥエッチング装置は、種々の技術を用いてエッチ不均一性を
最小にすることを試みている。たとえば一つのアプローチは、ウェハーの下に永
久磁石を取りつけて磁場を与え、そしてこれら磁石を機械的に動かして場を「不
鮮明にする。」このアプローチは、不均一性の問題を実際には解決せず、機械的
問題を潜在的に有し、調節できる磁場強度を与えない。我々に知られている第２
のアプローチもまた、磁場を発生するために固定永久磁石を用い、不均一性を最
小にするために極めて低い圧力を用いる。 従来技術をまとめると、上述の１０、２０及び３０のようなバッチ式反応器が
、多くの工業的プラズマエッチング及びＲＩＥモードプラズマエッチング反応器
で使用されている。バッチ反応器は、比較的多数のウェハーを一度に処理し、従
って比較的高い生産量を与える。しかし、単一ウェハー反応器は、上述したよう
な或る利点、たとえば自動化への適合性、小さなサイズ、低い製造コスト、及び
バッチ内のウェハー間の均一性の問題のない利点を有し、これらはそのような反
応器を、特に６インチ及び８インチ直径ウェハーのような大きな高価なウェハー
をエッチングするために魅力的にする。不幸なことに過去において、エッチ速度
、生産量、方向性／選択性及びウェハー内均一性に密接に関連した問題が、単一
ウェハーエッチングの潜在的利点の完全な利用を妨げていた。 〔発明の目的及び構成〕 本発明は、他のプラズマ要件を満たしながら高いエッチ速度と高いエッチ均一
性の両者を与える単一ウェハーエッチ反応器において、自動化された内部ウェハ
ーハンドリング能力を組み込まれ、外部ウェハー交換ロボットと容易にインター
フェースされる反応器を提供することを目的とする。 上記の目的を達成するために、本発明は、真空室内に置かれたウェハーを処理
するために真空室を規定するハウジングを有する真空処理装置であって、前記ハ
ウジングは水平に向けられたウェハーを真空室内の選択された位置に挿入するこ
とができ、且つ処理後にウェハーを真空室から取り出すことができるようにハウ
ジングの側壁に閉じることができる開口を有し、水平方向にウェハーを支持する
ために上面を持つ台座、前記台座の表面は選択された位置とほぼ一列に配置され
、台座内の穴を通ってほぼ垂直方向に延びるピン群を有するウェハー交換手段、
及びウェハーを前記選択された位置から処理を行う位置に移動し、ウェハーを台
座に締めつけ、かつウェハーを前記第一の選択された位置に戻すために、前記ウ
ェハー交換手段を上方及び下方に順次移動する手段を有する真空処理装置を提供
する。 本発明をさらに詳細に説明すると、本発明は、ウェハーを処理するための真空
室を規定するハウジング、このハウジングは水平に向けられたウェハーを真空室
内の選択された位置に挿入することができ、且つ処理後にウェハーを真空室から
取り出すことができるようにハウジングの側壁に閉じることができる開口を有し
ている；ウェハーを支持し選択された位置と一般に一直線にされた水平上面を持
つ電極アセンブリー；電極アセンブリー中の垂直穴を通って延びる一般に垂直に
配位された一群のピンを含むウェハー交換手段；ウェハーを電極面上に位置させ
そしてウェハーを選択された位置に戻すために上方及び下方にウェハー交換手段
を順次動かすための手段；反応ガスを室に供給するための、電極アセンブリー上
に位置されたガスマニホールドを含むガス分配系；反応ガスから反応エッチング
ガスプラズマを発生させるための、ウェハー支持電極にＲＦ（ラジオ周波）エネ
ルギーを与える手段；及び電極上に位置されたウェハーに均一なエッチングを与
えるために強さ及び方向を選択的に変化される、電極面に平行な、電気的に制御 されるＤＣ磁場を与える手段を含むエッチ反応器を提供する。 好ましくは磁場は、ウェハーを横切る別々の磁場を与えるための、室の反対側
に各々配置される二対以上の電磁石、及び得られる磁場ベクトルの強さ及び角方
位を独立に制御するために個々の電磁石における電流を制御するコンピュータ手
段により与えられる。特に、この対の電磁石配置により与えられる磁場の強さ及
び／又は方向は、瞬時に変えることができる。この場は、渦流損失なしに高い圧
力で均一エッチングを与えるために１分間当り数サイクルのゆっくりした速度で
ウェハーの周囲で段階状にされることができる。 加えて、ウェハー交換手段は、ウェハーが電極上に位置されるときウェハーを
電極に弾性的にクランプするためのクランプリングを含むことができる。特別の
保護コーティング又はカバー、例えば石英からなるものが、クランプリング及び
ガスマニホールドに与えられる。 別の実施態様では、電極アセンブリーは液体により冷却され、ウェハーから液
体冷却電極への均一熱伝導を増大するためにガスはウェハーと電極の間に供給さ
れる。このガ又促進液体電極冷却は、プロフィール制御及び黒色シリコンのよう
な現象の回避を容易にするためにウェハーを比較的低温に維持しながらエッチ速
度とプラズマ制御を増大する目的で、極めて高いパワー密度の使用を許す。 反応器はまた、低圧の電極冷却ガスを、ＲＦを入力される陰極に中断すること
なく接続するための供給装置を含む。供給装置は、冷却ガスを受け取るべく適合
されたガス入口、及び電極に接続された間をあけたガス出口を持つハウジングを
含む。ハウジングは更に、ガスの通路を横方向に間隔をおいた、内部の、密に接
近した穴をあけられた一対のプレートを含み、ガス流の出口側のプレートは台座
と共通に電気的に接続され、入口側プレートは系アースに接続されている。 別の実施態様において、電気抵抗加熱ユニットのような加熱手段が、壁沈着物
の形成を防ぐために室内壁の制御された加熱を与えるべくハウジングに取付けら
れている。 電気的に制御された多方向磁場、陰極及び反応器壁の温度制御及び石英のよう
な保護物質の使用を含む上記の特徴の組合せは、前述した設計目的の達成を可能
にする。種々の対立するプロセス要件、例えば方向性、選択性及び均一性が、高 圧を含む幅広い圧力にわたって、低メンテナンス費のインサイツ自己清掃される
単一ウェハー系において満たされる。特に、電気的に制御される多方向場及び特
別の保護物質の使用は、運転の間の高い方向性、高い選択性及び高い均一性を与
える。電気的に制御された多方向場は、高圧を含む約０．００１〜０．３００ト
ルの極めて幅広い圧力範囲にわたって均一エッチングを与え、それにより均一性
を犠牲にせずに高速エッチングを可能にする。この幅広い圧力範囲は、インサイ
ツの自己清掃を許す。温度制御された表面及び電気的に制御された多方向磁場は
、清掃操作及びインサイツ清掃を容易にする。電気的制御された多方向場は独立
にエッチ速度を増し、かつ高圧操作可能性と組み合わせて実際的生産量の単一ウ
ェハーエッチング装置を与える。ハウジングの側壁に設けた閉じることができる
開口は、ウェハーの挿入、取出しを容易にすると共に、処理ガスやキャリアガス
の損失を最小限にするので、漏れたガスの処理コストを抑え、また処理ガスのプ
ラズマが、ウェハー処理の可能な状態になるまでの時間を最小限にするので、ウ
ェハーの処理速度が早く、効率の向上に寄与する。 下記で添付図面を参照しながら発明を更に説明する。 エッチ反応器６０の概要 第６図及び第７図は各々、本発明の単一ウェハーエッチ反応器６０の好ましい
実施態様の等尺大図及びエッチ反応器６０の垂直断面図である。本明細書の記載
は、主としてＲＩＥモードのプラズマエッチングを意図するものであるが、該エ
ッチ反応器の機能は、プラズマモードのエッチングをも可能とするものである。 第６及び７図において、本発明のエッチ反応器６０は、典型的にはアルミニウ
ムのような非磁性物質より成りかつ八角形配置の外壁６４（水平断面図で見うる
）を持つハウジング６２を含む。円形の内壁６６は、エッチ室６８を規定する。
後記でより詳しく述べるように、エッチ反応器６０はまた、独特のガス−及び液
体−冷却台座／陰極アセンブリー７０及びウェハー交換系７４（第８〜１０図）
を含む。 ウェハー交換系７４は、垂直に動きうるウェハーリフトピン７９を含み、これ
は室内に挿入されて外部の手により保持される又は操作されるブレード７６から
ウェハー７５をつまみ上げ、ウェハーを加工のために台座７２に移し、加工され たウェハーを室から取り出すためにロボットブレードに戻す。 またウェハー交換系７４は、クランプリング７８をウェハーリフトピン７９と
一体に組み込む。下記に詳述するように、ウェハー交換系７４のデザイン、関連
するウェハーリフト構造及びクランピング構造の組み込みは、室内で一軸ロボッ
ト駆動の使用を可能にする。更に、室ロボットの操作は、外部ロボットが室ロボ
ットによる交換のために選択されたトランスファー位置にウェハーを単に与える
ことを必要とする。 ロボットが、反応器の多重性に役立つ複数室ロードロック系で用いられる場合
でさえ、外部ロボットに対する要求を単純にすることによって、比較的単純なロ
ボット機構が実現可能となる。Ｒ−θ運動を用いるそのようなロボットは、米国
特許出願シリアルNo.944803（Ａ−４４９７４）（名称：複数室一体化加工系、
出願人：ダン メイダン、セソン ソメク、デビットＮ．Ｋ．ワン、デビット
チェン、マサト トシマ、アイザック ハライ及びペーター ホッペ）に記載さ
れている。これは、多数室系とも呼ばれる。 加工ガスは、一以上のガス貯蔵槽／タンクを含むガス供給系８１からガスマニ
ホールド８０により室の内部に供給される。ガス供給系８１は、入口接続８４に
よりガスマニホールド８０にカップルされる供給ライン８２を介してガスマニホ
ールド８０及びエッチ室６８に通じる。系は、エッチ室６８に供給される種々の
エッチングガス、キャリアガスなどの流速を制御する自動流れ制御系又は他の適
当な制御系を含む。 真空が室に与えられ、消耗されたガス及び同伴される生成物が環状排出室９０
を介して出される。環状排出室は排出端９２に通じ、排出端９２は典型的には真
空バルブ系及びルーツブロワー又は他の慣用の要素を介して機械的ポンプ（図示
せず）を含む慣用の真空ポンピング系９３に接続される。排出流は、エッチ室６
８から円筒状の台座／陰極アセンブリー７０の上周面の回りに取りつけられた水
平環状プレート９６中のホール９４を通して導かれる。穴をあけたプレート９６
は、環状排出室９０内へのプラズマ浸入を禁止する。この排出配置は、反応ガス
によるウェハー７５の均一な被い及びエッチングを容易にする。排出系の制御は
、ブロワーの速度を制御するための圧力制御システム及びＤ．Ｃ．モータを 通して働くマノメーターセンサー（図示せず）のような慣用の容量性システム又
は他の慣用の制御システムにより行える。 第７図で矢印１０２〜１０８により示されるように、入口８４に通じるガスが
ガスマニホールド８０に送られ、次にマニホールドから下方に向けられ（矢印１
０４）、ＲＦパワーの適用の間に室加工領域１１０中でエッチングガスプラズマ
を形成し、次にウェハー７５上に流れ、ウェハーを横切って半径方向に外側に流
れ、そして環状排出室中に（矢印１０６）、次に排出端９２から流れ出る（矢印
１０８）。 上述のＲＦパワーは、プラズマ運転のために、即ち加工領域１１０中で入口ガ
スからエッチングガスプラズマを作るために、エッチ反応器６０にＲＦ供給系１
１２により供給される。この系１１２は、ＲＦパワー供給部及び負荷マッチング
ネットワークを含み、台座７２に接続され、室壁はアースされる。すなわち、台
座はパワーを供給された陰極である。ＲＦパワーは典型的には、高周波数好まし
くは１３．６ＭＨｚで供給される。しかし、エッチ反応器６０は、たとえば数Ｋ
Ｈｚの低周波数で運転することができる。 パワー供給された台座７２の使用は、ＲＦパワー及びプラズマをウェハーの表
面領域に集中させそしてウェハーを横切るパワー密度を増しながらそれを他の場
所では減少させる利点を持つ。このことは、エッチングがウェハー上でのみ起こ
り、室の他の部分では腐食を低減し、従ってウェハー汚染の可能性を低減させる
ことを確実にする。典型的には、約2.5 〜3.5 ワット／cm²のパワー密度を用い
ることができる。後述のように、この高いパワー密度は冷却を要する。好ましく
は、ＲＦパワーを供給される台座７２は、ガス促進されるウェハーから陰極への
熱伝導と液体陰極冷却とを結び付けるべく構成される。しかし、ヘリウムのよう
な冷却ガスをパワー供給される台座７２に低圧で適用することは、冷却ガスの中
断を通常引き起こす。本反応器は、ガスを高電圧電極にイオン化なしに供給する
独特のガス供給部１１４（第７図）を含む。 エッチ反応器６０はまた、上述の第４図に開示した磁場発生系の改善を含む。
第６図において、本系は、矩形配列に取りつけられた、典型的には銅コイルより
成る四つのコイル対１１６、１１８、１２０及び１２２を用い、その各々は八角 形ハウジングの交互の壁にある。二つのコイル対は共働して、準静的多方向場を
与え、この場は高圧力及び低圧力でエッチ均一性を提供すべく、ウェハーの回り
で段階的に、又は滑らかに回転されることができる。また、場の強さは、エッチ
速度を選択しまたイオンボンバードを減少すべく変えることができる。 電気的に制御される多方向磁場発生器 第１２図は、本発明で用いられる準静的多方向磁場を発生し、そして制御する
ための系を示す図である。 主として第１２図、及びまた第６図において、二つのコイル対１１６−１１８
及び１２０−１２２は各々、互に垂直中磁場ベクトルＢ_Y及びＢ_x形成し、これら
は一般に台座７２及びウェハー７５に平行である。第１２図に示す例において、
コンピュータ１１３は、線１０３、１０５、１０７及び１０９を介して慣用のパ
ワー供給系１１５、１１７、１１９及び１２１に制御信号を与えて、各々導体１
２３、１２５、１２７及び１２９を越えてコイル対１１６、１１８、１２０及び
１２２に供給される電流の強さ及び方向を制御する。この関連する電流は、各コ
イル対により発生される場の方向及び強さを決定する。 コイル対１１６−１１８及び１２０−１２２により各々発生される垂直な場ベ
クトルＢ_Y及びＢ_Xは、 Ｂ_x＝Ｂcos θ （１） Ｂ_Y＝Ｂsin θ （２） により定義される。 場Ｂの望む又は要求される値及びその角方位θが与えられると、コンピュータ
１１３は、望む場の強さ及び方向を与える組合せ磁場ベクトルＢ_X及びＢ_Yを得る
よう式（１）と（２）を独立に解き、次にこれら場Ｂ_Y及びＢ_Xを与えるべくコイ
ル１１６−１２２への必要な電流の適用を制御する。 また、このＤＣ磁場の角方位θ及び強さは、コイルの電流を変えることによっ
て、望むように速く又は遅く独立に変えることができる。場が各角位置において
オンする時点及び角ステッピングの方向は、場の強度と同様に変えることができ
る。なぜなら、これらパラメータはただ、電磁石への電流を変える機能であり、
コンピュータ１１３によって容易に制御されるからである。すなわち、場は、選 ばれた方位及び時間増分を利用して、ウェハーの回りに段階的に変化されること
ができる。もし望むなら、得られる場Ｂθの強さは、プロセス又は反応器構成が
要求するように変えられることができ、あるいは一定の場強さを用いることがで
きる。簡単に言えば、電流制御される系は、一定の又は変化される角速度の速く
又はゆっくり動く、一定の又は変化する強さの磁場の多様性を提供する。加えて
、場の方位は、段階的にされる又は順次的に変化される必要はなく、任意の所与
の方位（又は場強さ）から他へ瞬時に切り換えることができる。 Ｄ．Ｃ．磁場の方向及び強さを独立に制御するこの多様性は、典型的には６０
ヘルツの標準速度のような固定の比較的高い周波数で回転する従来の市販入手で
きる回転磁場とは明瞭に異なる。また、たとえば２〜５秒／回転（２〜３０サイ
クル／分）の速度でゆっくり「回転する」能力は、アルミニウム又は金属室での
より高い周波数の使用に結びついた渦流損失を避ける。 第４図の従来の反応器４０は、一つに軸に沿って静的磁場を逆にする。対照的
にエッチ反応器６０は、電磁石コイルへの電流を変える単純な方策によって、好
ましくは数Ｈｚで磁場を効果的に回転する。これはウェハーの回りの磁場を段階
状にし、そしてウェハーを横切る一方向でなくてウェハーの周囲３６０°のエッ
チ均一性を増す。結局、エッチ反応器６０は、低い圧力のＲＩＥエッチング装置
における方向性、選択性及び均一性さえも越える方向性、選択性及び均一性をも
って、低圧から高圧までの広い範囲にわたって用いることができる。 たとえば２〜３０サイクル／分の好ましい低速磁場回転の一つの適用は、後記
の臭素／ヨウ素エッチプロセスで記述される。より詳しくは、臭素化及びヨウ素
化エッチ化学と組み合わせた磁場の使用は、エッチをコントロールし、ウェハー
損傷を低減する。磁場を増大することはエッチ速度を増し、従って所与のエッチ
速度は、磁場を増大しそしてＲＦパワー及び得られるバイアス電圧−Ｖ_dcを低減
することにより得ることができる。これは、ウェハーのイオンボンバード及びデ
バイス損傷を低減する。言及した臭素／ヨウ素シリコンエッチプロセスで用いら
れる臭素及びヨウ素エッチングガス組成は、シリコン物質がエッチされそれによ
り側壁プロフィールをコントロールするとき、トレンチ側壁上に無機質の側壁沈
積物を形成するよう注意深く処方される。磁場を増大することは、このエッチプ ロフィールコントロールの有効性を増す。 一般に磁場強さが増大されるとき、保護側壁沈積物は厚くされ（酸素源が存在
するとき）、より大きなテーパー及びより小さい曲がりをトレンチプロフィール
に与える。磁場を容易に変えることができるので、このことは深さを増しながら
プロフィールを変える能力を与える。たとえば、極めて狭く深いトレンチにおい
て、誘電体によりトレンチを続いて充填することを容易にすべく、より広いトレ
ンチ口を持つことが望ましい。磁場を調節することにより与えられるテーパーコ
ントロールは、正にそのようなロート形の、広口の、狭い充填された(boiled)ト
レンチを可能にする。 上述の第１２図はまた、エッチ反応器６０のためのコンピュータコントロール
系全体を示す。ここではコンピュータ１１３は６８０１０タイプコントローラー
である。コイル対１１６−１２２への電流の適用制御することに加えて、コンピ
ュータ１１３はまた、供給部８１からのガス流、供給部１１２からのＲＦパワー
の適用、各供給部１６９及び１７５から陰極への冷却ガス及び水の入口、真空系
９３、シャフトリフト機構１４０のための気体力学的シリンダーのためのコント
ロールバルブ、スリットバルブ１６２のための気体力学的シリンダー１６３のコ
ントロールバルブ、及び水ヒーター電極供給部１８３を制御する。 台座／陰極アセンブリー７０ 第６図及び主に第７図において、台座／陰極アセンブリー７０は、ハウジング
６２の内部に取りつけられた一般に円筒形の壁構造１２４、及びハウジング６２
に取りつけられ、その下方に延びる円筒形底ハウジング１２６を含む。環状排出
プレート９６は、ボス１２７及び１２９上でハウジング１２４に周縁的に取りつ
けられる。パワーを供給される台座７２は、環状絶縁部材１３０−１３４をつれ
そわせることにより、アースされたハウジングに取り付けられた、一般に円筒状
の基部部材１２８上に取り付けられる。 台座／陰極アセンブリー７０は、円状に配置された多数の垂直に延びるウェハ
ー支持ピン／ウェハーリフトピン７９−７９（４つが図示される）を含む。ウェ
ハーリフトピン７９は、台座７２及び基部１２８の周縁で穴を通って延びる。ウ
ェハーリフトピン７９−７９及びクランプリング７８の両者は、シャフトリフト 機構１４０及び円筒形リング部材１３９に取り付けられた水平に延びるアーム１
３７−１３７を含む支持アーム手段に取り付けられる。アーム１３７−１３７は
、後述のように垂直変位のためにシャフトリフト機構１４０に取り付けられる。 上述のように、垂直に配位されたウェハーリフトピン７９−７９は、アームア
センブリーの各アーム１３７−１３７に取り付けられ、台座７２の上方ウェハー
を支持面で穴を通って延びる。クランプリング７８はまた、アームアセンブリー
に、即ちリング１３９に取り付けられる。リング１３９は、ハウジング１２４と
基部１２８の間に形成されたチャンネル１４１内で垂直に動きうる。第８〜１１
図に関して後に詳述するように、ウェハーリフトピン７９及びクランプリング７
８（ピンから垂直に転位される）、及び共通の垂直に動きうるアームアセンブリ
ーに結合するそれらのジョイントの使用は、一軸運動を用いる外部ロボットブレ
ード７６による単純なウェハー交換を提供する。 シャフトリフト機構１４０は、ボルト１４６で結合されるスリーブ１４２及び
円筒形スプリング収納部１４４を含み、基部１５０内に形成された穴内でベアリ
ング１４８上でスライドできるように取り付けられる。基部１５０は、段階状円
筒形構成であり、その段階又は肩で基部１２８の底に結合される。 シャフトリフト機構の横方向運動は、シャフトリフト機構１４０の***１５３
を通して延びる一対の垂直ガイドピン１５１（一つのみ図示される）により制御
される、即ち阻止される。調節できるストップナット１５５が、シャフトリフト
機構１４０及び関連するクランプリング７８及びウェハーリフトピン７９の上方
運動（最上位）を制限すべく、ピン１５１のネジを切られた下方部に取り付けら
れる。 スプリング１５２は、シャフトリフト機構１４０、クランプリング７８及びウ
ェハーリフトピン７９を正常な下方位置に下方にかたよらせるべく基部１５０の
底とシャフトのスプリング収納部１４４の間に保持される。第７図に示すように
、このスプリング偏位位置において、ウェハーリフトピン７９−７９は台座７２
のそれらの穴に引込められ、クランプリング７８は台座７２の周縁と弾性的にか
み合う。もしウェハー７５が台座上に位置されるなら、クランプリング７８はウ
ェハーの周縁を台座の上方表面１５４（第８図）に対して確実にかつ弾性的に把
持 する。シャフトリフト機構１４０、クランプリング７８及びウェハーリフトピン
７９−７９の垂直上方運動は、典型的にはハウジング１２６に取り付けられてコ
ンピュータ１１３（第１２図）のコントロール下で操作される気体力学的シリン
ダー１５８の垂直ロッド１５６により行われる。ロッド１５６の上昇運動は、ス
プリング１５２の偏位動作に対してシャフトリフト機構１４０を上方に動かし、
クランプリング７８を台座７２／ウェハー７５から解放し、そしてウェハーリフ
トピン７９−７９を台座を通って上方に延はしてウェハーをつまみあげる。 ウェハー交換系７４の操作 第８〜１０図は、独特の単一クランプリング７８／ウェハーリフトピン７９ウ
ェハー交換系７４の操作を例示する。得られる単純な一軸ロボット動作は、個々
のウェハー７５を外部ブレード７６（第６図も参照）から台座７２へ、及びこの
逆に移し、下記のようにウェハーを確実に位置させかつまたウェハーの冷却を促
進すべくウェハーを台座に把持する。 第６、７及び８図において反応器ハウジング壁６６は、室内外における外部ブ
レード７６の運動を許す閉鎖しうる長い開口１６０を持つ。この閉鎖可能な開口
１６０は、ブレード７６がウェハーを室に置く又は抜き出すために用いられない
時に室を密閉するため、枢軸的に取りつけられたバルブ又はドア１６２により閉
じられる。ドア１６２は、気体力学的シリンダー系１６３（第１２図）により開
け閉めされる。クランプ支持リング１３９は、ブレード７６及びウェハー７５の
挿入を許すその反対上側に形成された一対の凹部１６４−１６４（第６図）を持
つ。単純な二方向一軸ロボットタイプブレード７６は、ウェハーをエッチ反応器
６０と外部保管器例えばカセットの間で移すために必要なもの総てである。適当
なロボットブレード及びドアは、前述の多数室システムに記載される。 初めに、クランプ及びフィンガー取付けアームアセンブリーは、第８図で、及
び第６図では点線の、少し上げられた位置に置かれ、従ってリングの凹部１６４
、閉鎖可能な開口１６０及びブレード７６は水平に一列にされる。このことは、
正面凹部１６４を通してブレード７６を挿入することを可能にする。ウェハーリ
フトピン７９の頂部とクランプリング７８の間の分離点は凹部１６４と水平に配
列されることに注目されたい。すなわちブレード７６はまた、ウェハーリフトピ
ン ７９−７９とクランプリング７８の間を通ることができる。そのように配列され
た閉鎖可能な開口１６０及び１６４によって、ブレード７６（その上で支持され
加工れるべきウェハーを伴う）は、閉鎖可能な開口１６０及び凹部１６４を経て
エッチ室６８内に挿入され、そしてプラズマエッチング領域１１０へ及び台座７
２上に置かれる。 次に第９図に示すように、ロッド１５６（第７図）が延ばされて、シャフトリ
フト機構１４０及びウェハーリフトピン７９−７９を上げて、ブレード７６から
ウェハー７５を持ち上げる。 ブレード７６を引込めた後に、ドア１６２を閉じる。第１０図においてシリン
ダー１５８（第７図）が次にロッド１５６を引込めてスプリング１５２がシャフ
トリフト機構１４０を下げ／引込め、そしてクランプリング７８がリングと台座
７２の間でウェハーを弾性的に把持する。 加工の後に、シリンダー１５８がシャフトリフト機構１４０を上げ、ブレード
がウェハーの下方に室内に挿入できるようにウェハー７５をブレード７６より上
に持ち上げる。シャフトリフト機構１４０は次に、第８図に示す位置にウェハー
リフトピン７９−７９及びクランプ１３８を置くべく、少し下げられる。この点
で、加工されたウェハー７５を保持するブレード７６は室から引き出される。新
鮮なウェハーをブレード７６の上に置き、やはり第８図に示すようにクランプリ
ング７８及びウェハーリフトピン７９−７９の間で室内に挿入して、次のウェハ
ー交換サイクルのスタートを始めることができる。 上述のように、ウェハー交換システム７４は、鉛直の点及び周縁接触のみを用
いてウェハーをブレードへ及びブレードから移し、ウェハーを把持し、ウェハー
を台座から取り除く。通常の滑り及び／又は回転摩擦接触は、つまみ上げるため
に必要であり、デポジットウェハーは存在しない。このことはエッチ室６８内で
粒状物が発生する傾向を低減することが理解されよう。 また一軸ロボットのための支持及び移行装置はエッチ室６８の下に置かれ、そ
して取り囲む台座／陰極アセンブリー７０により室から隔離される。ベローズ１
６６がシャフトリフト機構１４０の上端と基部１５０の間に取り付けられて、シ
ャフトリフト機構１４０及びウェハー９８及びエッチ室６８の間に追加的バリ ャーを与える。ベローズ１６６の内部は、オリフィス１６８によってハウジング
１２６内の大気圧に通気される。このことは、シャフト室１６７の大気圧におい
てシャフト軸に沿うベローズの膨張及び収縮をその上昇及び下降の間に容易にす
る。 ウェハー冷却系 上述のように、台座／陰極アセンブリー７０は、液体とガスの組合せにより、
たとえばガスで促進されるウェハーから陰極への熱伝導により及び液体陰極冷却
により冷却される。典型的には冷水である液体は、コンピュータ１１３で制御さ
れる陰極−水供給系１６９によって入口１７０に供給され、入口１７０は基部１
２８内の下方環状チャンネル１７２及びまた一対の上方冷却チャンネル１７４−
１７４と通じる。すなわち、冷却水は入口１７０に流入し、次に下方チャンネル
１７２及び上方冷却チャンネル１７４−１７４を通って出口（図示せず）へと進
む。上方冷却チャンネル１７４−１７４は、冷却ガス入口通路１７６をバイパス
するために、より広い単一チャンネルの代わりに用いられる。 冷却ガスが、把持されたウェハー７５から水冷される台座７２への熱伝導を促
進するために用いられる。熱伝導性ガスは、慣用のコンピュータ１１３制御バル
ブ系１７５により供給部１１４を経て入口通路１７６に供給され、これは後述の
ように、運転される台座による低圧ガスのイオン化を防止する。第６図において
、通路１７６は、台座７２の面において半径方向溝１８０を交差するオリフィス
１７８に接続する。 クランプリング７８により台座７２に対して把持されたウェハー７５での運転
において、低圧で良好な熱伝導体であるヘリウム又は他の適当気体が供給部１１
４及び入口１７６を経てウェハーと台座の間のインターフェースで半径方向溝１
８０−１８０に供給されて、典型的には約１〜１０トルのほとんど静的なガス圧
を作る。エッチ反応器６０のプラズマ運動の間に、このインターフェースガスは
熱をウェハー７５から水冷される台座に運び、それにより液体冷却される台座／
陰極アセンブリー７０によるウェハーの均一冷却を可能にする。 ＲＦ駆動される、高パワー密度の、ガス及び液体冷却される台座／陰極アセン
ブリー７０の重要性は、米国特許出願シリアルNo.944491（Ａ−４４９７０）、 名称シリコン及びケイ化物のための臭素及びヨウ素エッチプロセス、発明者ジェ
リーＹ．ウォン、デビッドＮ．Ｋ．ワン、メイ チャン、アルフレット マク及
びダン メイダン、に例示されている。これは臭素／ヨウ素エッチプロセスとも
呼ばれる。上述の臭素／ヨウ素エッチプロセスの実施において、台座／陰極アセ
ンブリー７０は約２０〜３０℃の水で冷却される。ヘリウムのようなガスが、約
４トルの実質上静的な圧力でウェハーと水冷される台座７２の間に供給される。
このことは、ウェハー７５と冷却される台座７２の間の高速均一な熱伝導を提供
し、それによりウェハー表面を約６０℃以下の温度に維持する。この冷却は、約
２．５〜３．５ワット／cm²の高パワー密度が慣用のＲＩＥエッチング装置で用
いられるパワー密度より約１オーダー高い故に必要とされる。冷却は、シリコン
又は他の物質をエッチする上述の臭素／ヨウ素エッチプロセスあるいは別のプロ
セス中に、曲がったトレンチプロフィール及び黒化シリコンを取り除くのに役立
ち、また、プロフィールコントロールを容易にする。黒化シリコンの現象は、約
７０℃という低い温度でも起こりうる。 室表面温度コントロール 第７図において、加熱ユニット１８１、典型的には円筒形電気抵抗ヒーター又
は他の適当なユニットは、カバー６７、及びエッチ室６８に対応するハウジング
側壁６６−６６の上部、及び特にハウジング内側及び室上方壁６７Ｉ及び６６Ｉ
を加熱する目的でエッチ反応器６０のカバー６７に取り付けられる。第１２図に
おいて、電力はパワー供給部１８３によりヒーター１８１に供給され、パワー供
給部１８３は制御線１８５を介してコンピュータ１１３により制御される。コイ
ル対１１６〜１２２は、壁６６−６６の補助的加熱を与える。 好ましくは、ヒーター１８１は、反応器運転の間の凝縮を防ぐために壁６７Ｉ
及び６６Ｉならびにガスマニホールド８０の内表面を加熱する必要があるときに
選択的に運転される。たとえば引用した臭素／ヨウ素シリコンエッチプロセスで
用いられる臭素及びヨウ素エッチングガス組成物により形成されるプロフィール
コントロール無機質側壁沈積物は、シリコン、酸素、臭素及び／又はフッ素のよ
うな成分の種々の組合せ、たとえばSiO₂，SiBr_x，SiBr_xF_y及びSiOBr_xF_yより成る
ことができる。このエッチ工程の間に、コンピュータ１１３で制御され るヒーター１８１は壁６７１及び６６Ｉを＞７０℃の温度に加熱して、これら無
機沈積物の好ましくは凝縮を防ぐ。 石英被覆 典型的にはクランプリング７８は、動きを容易にしかつ損傷なしにウェハー周
縁を弾性的に把持するためにArdel （商標）又はLexan （商標）のような軽量弾
性物質より成る。またガスマニホールド８０及び室の残部は、アルミニウムのよ
うな非磁性物質により形成される。クランプリング７８に約１／８インチ厚さの
石英コーティング又は層８１を与え、またガスマニホールド８０に約１／８イン
チ厚さの同様の石英層又はコーティング８３を与えると、エッチ反応器６０の運
転の間のシリコンウェハー７５の汚染が防止されることを我々は見出した。石英
はシリコンに類似し、従ってシリコンを汚染しない。石英カバー８１及び８３は
また、黒化シリコンの除去を助ける。なぜなら得られるカバーを用いるプロセス
反応は、もしこの遮蔽物質が適当に選択されないと、曝露されたシリコンにおい
てミクロマスキング効果を生み、そしてこれは黒化シリコンの生成をもたらすか
らである。またエッチ反応器６０の運転の間に石英から酸素が放出される。放出
された酸素は、シリコンのようなエッチング物質のために用いられる酸化物マス
クに物質を追加し、マスクのエッチ抵抗（選択性）を増大する。石英からの酸素
はエッチ速度を増加する。酸素は、曲げを減少するため又はエッチプロフィール
をコントロールするために上記臭素／ヨウ素エッチプロセスで記述された物のよ
うなエッチングガス組成物に含められるものに付加的である。 電気的故障に抗するガス供給 第１１図は、ガス中断又はイオン化なしにＲＦパワーを与えられた台座７２に
冷却ガスを供給するために用いられるガス供給装置１１４の拡大垂直断面図であ
る。この供給装置は、ほぼ平行な、近接された、穴を開けられた、上張り内壁１
８６及び１８８を持つ一対の電極部１８２及び１８４により形成される閉じた円
筒により成る。冷却ガスは、一末端のカバー１９１の入口１９０を経て供給装置
に入り、プレート１８６の穴１９８を通過し、プレート間の小さなギャッブｄを
横切り、次にプレート１８８の穴１９９を横切り、そして反対端のカバー１９３
の出口１９２を流通する。入口１９０は、冷却ガス供給部（図示せず）に 通じ、一方、出口１９２はライン１９４（第７図）によって台座通路１７６に接
続される。 環状絶縁スペーサー１９５は、二つの電極１８２と１８４を物理的かつ電気的
に分離する。得られる円筒形アセンブリーは、スクリュー１９５−１９５により
連結され、Ｏリング１９６−１９６でシールされる。入口電極１８２はアースさ
れ、一方、出口電極１８４はＲＦパワーを供給される台座７２と共通に接続され
る。穴１９８及び１９９の間隔及び大きさ、及びギャップｄの大きさは、高いガ
スコンダクタンスを与えかつ低い圧力及びこれら二つの隣接プレート間の高い電
位差にも関わらずガスのイオン化を防ぐべく選択される。たとえは、４トルのガ
ス圧の場合、１〜４０ミルのギャップｄ、及び１０〜４０ミルの穴直径がガスの
イオン化を防ぐ。スペーサー１９５の高さを変えて、種々のガス及び圧力に適応
するようギャップｄを調節できる。装置１１４は事実上、圧力×距離の積の小さ
な値に対するガスの敏感さにも関わらず低圧冷却ガスを台座の電位差にさらすた
めのコンパクトな供給装置である。 清潔な操作：自己清掃 加熱要素１８１による制御された反応器壁加熱を含むいくつかのデザイン特徴
は、本エッチ反応器６６の極めて清潔な操作を与える。これは、引用した臭素／
ヨウ素エッチプロセスのような、エッチプロフィールコントロールなどのために
沈積物形成性ガス組成を意図的に用いるプロセスの使用に関わらず、そうである
。平均して、我々は自己清掃サイクルの間に約１００回反応器を運転した。 清掃の間の長い運転時間に加えて、エッチ反応器６０の自己清掃能力によって
清掃は重荷でなくされる。周知のように、種々のエッチ室表面を自己清掃するこ
とはウェハーをエッチするより困難である。その理由は単に、室の大きな体積及
び大きな表面積をカバーするようにエッチングガスプラズマを膨張することが困
難であるからである。 エッチ反応器６０において、コイル対１１６−１１８、１２０−１２２により
与えられる磁場は、高圧運転が行うように自己清掃エッチ速度を増大する。反応
器は、０．００１トル〜０．３００トルの圧力範囲で稼働するよう設計され、従
って自己清掃の高い圧力要求並びにエッチングのより低いしかしなお比較的高い 圧力要求に運転を合わせる能力を持つ。回転しうる磁場、及び磁場強さと方位の
独立制御は、清掃プラズマを室内くまなく広げ、そして総ての室表面を効果的に
清掃するために要求される室の特定の領域のエッチ速度を増すことを可能にする
。 また、パワーを供給される陰極の使用、及び台座／陰極アセンブリー７０と陰
極ガスマニホールド８０の間の狭い間隔は、閉じ込められた密なプラズマを与え
る。約１３リットルの比較的小さな室サイズ及び総ての要素の円対称性はまた、
自己清掃可能性に寄与する。また、室内の総ての露出された表面はアルミニウム
又は石英であり、この両者とも自己清掃に感じず、かつそれと相反しない。 好ましくは、インサイツ自己清掃のためにフッ素化ガス組成物が用いられる。
NF₃，SF₆のような非簡素のフッ素含有ガス組成物は、エッチ生成物の高い揮発性
、汚染のなさなどの故に好ましく、しかしC₂F₆，CF₄のような他の物又は他のフ
ッ素含有フレオンも用いうる。ここで好ましい自己清掃プロセスは、６０_SCCMの
流速でエッチ室６８に供給されるガスNF₃、１分間当たり３０サイクルで回転す
る０〜４５ガウスの磁場強さ、４５０ＷのＲＦ発信パワー及び１００mTの室圧力
を用いるフッ素ガス化学を利用する。これらパラメータは、室内部表面における
均一エッチを与え、１０回の運転（各運転で１０ミクロンのシリコンが除去され
る）の後に約１０分間でエッチ反応器６０を効果的かつ完全に清掃するであろう
。 対照的に、慣用のプラズマエッチ反応器は、典型的には約５回の運転間隔で清
掃され、湿式エッチング剤中での清掃のために分解を必要とする。インサイツ自
己清掃能力、本質的に清潔な運転及び清掃サイクルの間の長い時間の組合せは、
清掃のために必要な休止時間を減少し、生産量を増大させる。The present invention relates to a plasma etching and a reactive ion etching (RIE) mode.
Vacuum processing equipment suitable for both plasma etching, and semiconductors, conductors and dielectrics
The present invention relates to a vacuum processing apparatus that etches the like. [Prior art and its problems] Over the past several years, higher device densities and smaller
The trend toward smallest features and smaller separations has led to wet chemical etching of IC construction technology
To dry or plasma etching techniques. The technique involves at least three types of plasma etching systems. No.
FIG. 1 shows a parallel plate plasma chemical etching system 10 which comprises a chamber (chan
Bar 12) Connection to vacuum pump for evacuating to some extent, and arrangement of valve conduit
Closed reaction chamber provided with a gas supply 13 for conducting the reaction gas into the chamber via 14
11 is included. System 10 also supplies radio frequency energy to cathode structure 17;
Includes an energy source 16 that uses a grounded anode 18. For cathode 17
A wafer 19 is placed on a grounded anode 18 which extends in a parallel plate arrangement.
Attached. The connection to the vacuum pump is the radio frequency energy supplied to the cathode 17.
And a cathode 18 to confine the reactive gas plasma formed by the
It is configured to guide the reactant gas into the region between 17. FIG. 2 shows plasma etching in a parallel plate reactive ion etching mode.
Shows the system 20, which also has a connection to a vacuum pump that evacuates the chamber to some degree
22, a gas supply 23 for guiding the reaction gas to the chamber via a valve conduit arrangement 24,
Energy source 26 for supplying radio frequency energy to cathode structure 27 and ground
1 includes a substantially closed reaction chamber 21 with a closed anode 28. Plasma system 1 in FIG.
In contrast, in the reactive ion etching system 20, the wafer 19 has an anode 28
Mounted on the cathode 27 which is shielded and separated from the cathode 27. FIG. 3 diagrammatically shows another RIE mode etching system 30, which comprises reactor 1
Applied materials from Santa Clara, California, USA as well as 0 and 20
(Applied Materials). The system 30 is connected to a cylindrical reaction chamber 31, a hexagonal cathode 37 connected to a radio frequency supply 36, and a vacuum pump.
Exhaust terminal 32. The wall of the reaction chamber 31 and the base plate 38 are
Form poles. The gas supply 33 comprises a terminal 34 and a gas distribution ring 4 at the top of the chamber.
It communicates with the chamber via a conduit 35 to 1. The parallel plate plasma system 10 is a relatively high pressure system,
Operates in a pressure range of several torr and therefore has a significant flow rate of reactant gas into the system
. In contrast, reactive ion etching systems 20 and 30 range from 1 to 100 mTorr.
It is operated at a low ambient pressure and therefore uses a considerably lower gas flow rate. Reactive ionization
In the switching systems 20 and 30, the activated ionic species near the cathode are
And has a high inherent orientation perpendicular to the wafer attached to it. Activated
Radio frequency radio at very high power levels despite low concentrations of ionic species
Increased etch rate in systems 20 and 30 by using frequency energy
Is done. Because the motion of the exposed object area where the ions on the wafer surface strike
The amount promotes a chemical reaction between the activated species and the object to be etched
Because. Also, highly directional mechanical ion bombard etch components are more equal
It surpasses anisotropic chemical components and gives a high degree of anisotropy to the etching characteristics of the system. Therefore
, RIE mode system, for example, 20 is used for grooves and transistors in VLSI and USLI circuits.
Preferred for etching very small features such as wrench. The following is a design and selection of an industrially useful RIE mode etch reactor.
Important factors and requirements. First, achieve an acceptable device manufacturing yield
Because of this, RIE mode reactors require directional, selectivity, uniformity, growth, low particle
Certain process conditions, such as a bell, must be met. Next, RIE mode etch
The reactor can be installed, for example, by incorporating self-cleaning capabilities in-situ.
Preferably, no or almost no maintenance is required. Other desirable
Characteristics include adaptability to factory and reactor automation, small reactor size and low
Manufacturing costs. The latter group of reactors, given other conditions, is a single wafer
-They tend to prefer to use the system. In addition, a single wafer system can be used for process development.
Simpler (only one expensive wafer is used for each process run)
Also, there is no problem of uniformity between wafers in a batch. However, single-wafer RIE systems typically increase etch rates and yields.
High pressure (> 200mT) in either plasma mode or RIE mode
) Must be driven. However, high-pressure operation reduces directionality and selectivity.
To meet the stringent demands of VLSI and ULSI device manufacturing
I do. The other things are not equal, as is usually the case. And industrially
In order to obtain a viable and high production rate and acceptable direction and selectivity, FIG.
And many RIE mode etchers, including the etchers 20 and 30 shown in FIG.
The reactor is a low pressure batch type reactor. In FIG. 4, a single wafer RIE mode edge, which is an exception to the above-described prior art, is shown.
H reactor 40 is shown. This magnetic field enhanced RIE mode plasma etching system 40
U.S. Patent Application Serial No. 814, filed and granted on December 30, 1985,
638 (Applicant: Dan Meidan et al., Name: magnetron enhanced plasma etching
Law). This system 40 is a U.S. patent issued and filed on October 25, 1984, and granted a patent.
Application Serial No. 664,657 (Applicant: Foster et al., Name: Magnetron promoting plasm
Apparatus and method for assisted chemical vapor deposition)
System modification. The RIE mode etch reactor 40 is suitable for use at relatively low pressures.
Nevertheless, using a magnetic field enhanced etch to provide a relatively high etch rate,
Therefore, high yield can be provided without sacrificing directionality and selectivity,
Or vice versa. The RIE mode etch reactor 40 also provides a magnetic field enhanced RIE system.
The inherent etch inhomogeneities resulting from the interaction between the magnetic field and the plasma in
You. System 40 has a cylindrical stainless steel vacuum chamber 43. Cathode assembly with flange
Brie 42 is mounted in chamber 43 on insulating posts (not shown). Typically
The cathode 42 is polygonal and made of a conductive non-magnetic material such as aluminum.
It has a nonmagnetic reflector end 44A (FIG. 5). Outer end 44B may be a Maycor ™
It is formed from a material such as an insulating material. RF type 46 for plasma operation
Power is typically provided by a 13.6 MHz system, which includes an RF power supply and a load matching network, and is connected to the cathode 42. The reaction gas is gas
Ring to one or more pipes or gas supply system 48 of storage tank / reservoir 49-49
The manifold 47 guides the inside of the chamber 43. The semiconductor wafer 55 is placed on the side of the cathode by means 51 such as struts or clips.
Held on the surface. As indicated by arrow 52, the reactant gas flows across the substrate surface,
And then through one or more outlets 53, through a pressure reducing valve and a roots blower
To a mechanical pump (not shown). Electromagnets 54 and 56, typically made of copper coils, are near the top and bottom of chamber 43.
It is located on the surrounding surface. The electromagnet is reversed by reversing the coil current
Form possible north and south poles. In FIG. 4, during the RIE mode plasma etching operation of the reactor system 40,
The selected etching gas or mixture passes from the gas supply through inlet pipes 52-52.
Then, it enters the reaction chamber 43 evacuated by the exhaust pump system. As shown in FIG.
The application of the RF power from the power supply unit 46 is performed in the vicinity of the semiconductor wafer 55,
A low pressure reactant gas discharge or plasma of electrons 57 creates ions and dissociated species. Electric
Field E is a plasma from positive potential etching plasma to surface 58 at the center of the electrode.
Formed across a masked or dark space. In this case, the electron traverses the sheath
Accelerate away from the cutting electrode surface, cations traverse the sheath and the electrode and wafer
Acceleration in the direction of 55, the directional mode characteristic of RIE mode plasma etching
Gives an on-bombard etch component. The reversible magnetic field B of FIG. 5 is applied to the chamber 43 parallel to the substrate 55 and perpendicular to the electric field E.
Used to control the properties of the etch process. The electrons are confined by magnetic flux,
This prevents electrons from easily moving from the cathode surface 58 to the anode 43. Also magnetic and electric fields
Causes electrons to drift and move from point to point along the cathode surface.
Gives ExB drift speed. Electrons have a net drift velocity along the cathode and substrate
Enriched in the zone with. In cooperation with the end reflector 44A, the E × B drift velocity becomes
, Tend to trap electrons in the plasma. As mentioned above, the interaction between the magnetic field and the plasma in a magnetic field enhanced reactor
There are inherent non-uniformity issues. The plasma density is higher downstream in the ExB direction, giving higher etch rates. By way of example, the shadow of the etching device 40 of FIG.
In FIG. 5 which is an enlarged partial cross-sectional view of the pole 42, the etching rate is the same as that of the magnetic field
At the edge or side 58 of the wafer corresponding to Two cylindrical carp
Reversing the current through the coils 54 and 56 (FIG. 4), as indicated by the dotted line at B ',
The direction of the magnetic field across the wafer is reversed. This reverses the plasma flow, resulting in faster
The switching speed is switched to the opposite end 59 of the wafer. To reverse the magnetic field
More etch rates and total etches can be applied to the wafer along the static field direction.
The inherent etch non-uniformity is partially compensated for. Other magnetic field enhanced RIE etchers use a variety of techniques to reduce etch inhomogeneities.
Trying to minimize. For example, one approach is to keep the wafer underneath
Magnetic fields are provided by attaching permanent magnets, and these magnets are moved mechanically to
Be clear. This approach does not actually solve the problem of non-uniformity,
It has potential problems and does not provide an adjustable magnetic field strength. Second known to us
This approach also uses fixed permanent magnets to generate the magnetic field, minimizing inhomogeneities.
Use very low pressure to reduce. To summarize the prior art, batch reactors such as 10, 20 and 30 described above
, Many industrial plasma etching and RIE mode plasma etching reactors
Used in Batch reactors process a relatively large number of wafers at once and
Gives a relatively high output. However, a single-wafer reactor, as described above,
Certain advantages, such as suitability for automation, small size, low manufacturing costs, and
It has the advantage of not having the problem of uniformity between wafers in a batch, and these
Large and expensive wafers, especially 6 inch and 8 inch diameter wafers
Make it attractive for etching. Unfortunately, in the past, etch speed
Issues closely related to production, yield, directionality / selectivity and in-wafer uniformity
This hindered the full utilization of the potential benefits of wafer etching. [Object and Structure of the Invention] The present invention provides a high etch rate and a high etch uniformity while satisfying other plasma requirements.
Automated wafers in a single wafer etch reactor that provides both
-Built-in handling capability and easy interface with external wafer exchange robot
It is intended to provide a reactor to be faced. In order to achieve the above object, the present invention processes a wafer placed in a vacuum chamber.
A vacuum processing apparatus having a housing for defining a vacuum chamber for performing
The housing inserts a horizontally oriented wafer into a vacuum chamber at a selected location.
So that the wafer can be removed from the vacuum chamber after processing.
Has a closeable opening in the side wall of the jing and supports the wafer in the horizontal direction
In order for the pedestal to have a top surface, the surface of the pedestal is arranged almost in line with the selected position
Wafer exchange means having pins extending substantially vertically through holes in the pedestal;
And moving the wafer from the selected position to the position for processing, and
To secure the wafer to the seat and return the wafer to the first selected position.
Provided is a vacuum processing apparatus having means for sequentially moving the wafer exchange means upward and downward.
I do. To describe the present invention in more detail, the present invention provides a vacuum for processing a wafer.
A housing that defines a chamber, which houses a horizontally oriented wafer in a vacuum chamber
Can be inserted at a selected location in the
Has a closeable opening in the side wall of the housing so that it can be removed
Has a horizontal top surface that supports the wafer and is generally aligned with the selected location.
Electrode assembly; generally vertically extending through a vertical hole in the electrode assembly
Wafer changing means including a group of arranged pins; positioning a wafer on an electrode surface
Wafer changing means upward and downward to return the wafer to the selected position
Means for sequentially moving the gas; on the electrode assembly for supplying the reaction gas to the chamber
Gas distribution system including a gas manifold located in the reactor; reactive etching from reactive gas
RF (radio frequency) energy is applied to the wafer support electrode to generate gas plasma.
Means for imparting energy; and imparting uniform etching to the wafer located on the electrode.
An etch reactor comprising means for providing an electrically controlled DC magnetic field, parallel to the electrode plane, that is selectively varied in strength and direction to obtain. Preferably the magnetic field is on the opposite side of the chamber to provide a separate magnetic field across the wafer
At least two pairs of electromagnets, and the strength and squareness of the resulting magnetic field vector
Computer means to control the current in individual electromagnets to control the position independently
Given by the stage. In particular, the strength and strength of the magnetic field provided by this pair of electromagnets
The direction and / or direction can be changed instantaneously. This field is at high pressures without eddy current losses.
At a slow rate of several cycles per minute to give a uniform etch with force
It can be stepped around the wafer. In addition, the wafer exchange means may be configured to remove the wafer when the wafer is positioned on the electrode.
A clamp ring for elastically clamping to the electrode may be included. special
A protective coating or cover, such as one made of quartz, is
Given to the gas manifold. In another embodiment, the electrode assembly is cooled by the liquid and the liquid is removed from the wafer.
Gas is supplied between the wafer and the electrode to increase the uniform heat transfer to the body cooling electrode.
It is. This gutter-enhanced liquid electrode cooling provides profile control and black silicon-like
Etch rate while maintaining the wafer at a relatively low temperature to facilitate
Allows the use of extremely high power densities for the purpose of increasing power and plasma control. The reactor also interrupts the low pressure electrode cooling gas to the RF input cathode.
Including supply device for connection. Supply unit is adapted to receive cooling gas
Housing with a connected gas inlet and a spaced gas outlet connected to the electrodes
Including. The housing further includes an internal, tightly spaced, laterally spaced gas passage.
Including a pair of perforated plates, the plate on the gas flow outlet side is a pedestal
, And the inlet side plate is connected to the system ground. In another embodiment, the heating means, such as an electrical resistance heating unit, comprises a wall deposit
Mounted on the housing to provide controlled heating of the interior walls to prevent the formation of
Have been. Electrically controlled multi-directional magnetic field, temperature control of cathode and reactor wall and like quartz
The combination of the above features, including the use of various protective substances, can achieve the design objectives described above.
To Various conflicting process requirements, such as orientation, selectivity and uniformity, are self-cleaning in situ at low maintenance costs over a wide range of pressures, including high pressures
Filled in a single wafer system. In particular, electrically controlled multi-directional fields and features
The use of another protective substance gives high directionality, high selectivity and high uniformity during operation.
I can. The electrically controlled multi-directional field contains high pressures from about 0.001 to 0.300 tons.
Provides a uniform etch over a very wide pressure range of the
Enables high-speed etching without sacrificing cost. This wide pressure range
Allow self-cleaning of shoes. Temperature controlled surfaces and electrically controlled multi-directional magnetic fields
Facilitates cleaning operations and in-situ cleaning. Electrically controlled multi-directional fields are independent
Increase the etch rate and combine with high pressure operability
Provide wafer etching equipment. Can be closed on the side wall of the housing
The opening facilitates wafer insertion and removal, as well as processing gas and carrier gas.
Gas loss, minimizing the cost of treating leaked gas and reducing gas
Rasma minimizes the time it takes to be ready for wafer processing,
The processing speed of the wafer is fast, contributing to the improvement of efficiency. The invention is further described below with reference to the accompanying drawings. Overview of Etch Reactor 60 FIGS. 6 and 7 each illustrate a preferred single wafer etch reactor 60 of the present invention.
FIG. 3 is an isometric view of an embodiment and a vertical cross-sectional view of the etch reactor 60. Description in this specification
Is mainly intended for RIE mode plasma etching.
The function of the switch reactor is also to enable plasma mode etching. 6 and 7, the etch reactor 60 of the present invention is typically an aluminum reactor.
Outer walls 64 made of a non-magnetic material such as
). The circular inner wall 66 defines an etch chamber 68.
As will be described in more detail below, the etch reactor 60 also has unique gas and liquid
Body-Cooling Base / Cathode Assembly 70 and Wafer Exchange System 74 (FIGS. 8-10)
including. The wafer exchange system 74 includes vertically movable wafer lift pins 79,
From the blade 76 inserted into the room and held or operated by the outside hand
The wafer 75 is picked up, the wafer is transferred to the pedestal 72 for processing, and the processed wafer is returned to the robot blade for removal from the chamber. Also, the wafer exchange system 74 connects the clamp ring 78 with the wafer lift pins 79.
Assemble together. As described in detail below, the design and related
Incorporating a wafer lift structure and a clamping structure to
Enables the use of a drive. Furthermore, the operation of the room robot is controlled by the external robot
Simply give the wafer to the selected transfer location for replacement by the unit
Need that. When the robot is used in a multi-chamber load lock system that helps with reactor multiplexing
Even by simplifying the demands on external robots, relatively simple robots
A bot mechanism becomes feasible. Such a robot using R-θ motion is
Patent Application Serial No. 944803 (A-44974) (Name: Multi-chamber integrated processing system,
Applicants: Dan Meidan, Cesson Somek, David N. K. One, debit
Chen, Masato Toshima, Isaac Harai and Peter Hoppe)
Have been. This is also called a multi-chamber system. Processing gas is supplied from a gas supply system 81 that includes one or more gas storage tanks / tanks to a gas manifold.
It is supplied to the inside of the chamber by the hold 80. Gas supply system 81 is connected to inlet connection 84
Gas manifold via a supply line 82 which is further coupled to the gas manifold 80
To the chamber 80 and the etch chamber 68. The system is provided with various feeds to the etch chamber 68.
An automatic flow control system to control the flow rate of etching gas, carrier gas, etc.
Including proper control system. Vacuum is applied to the chamber and exhausted gases and entrained products are removed from the annular discharge chamber 90.
Out through. The annular discharge chamber communicates with discharge end 92, which is typically true.
Mechanical pump (illustrated) via an empty valve system and a Roots blower or other conventional element
(Not included). The discharge flow is in etch chamber 6
8 to water mounted around the upper surface of the cylindrical pedestal / cathode assembly 70
It is guided through a hole 94 in a flat annular plate 96. Perforated plate 96
Prohibits the infiltration of plasma into the annular discharge chamber 90. This outlet arrangement is
Facilitates uniform covering and etching of the wafer 75. Control of the discharge system
A pressure control system for controlling the speed of the blower; C. Conventional capacitive systems such as a manometer sensor (not shown) working through a motor or
Can be performed by other conventional control systems. As shown by arrows 102-108 in FIG.
The gas is sent to the gas manifold 80 and then directed downward from the manifold (arrow 1).
04) Etching gas plasma in chamber processing area 110 during application of RF power
And then flows over wafer 75 and flows radially outward across the wafer.
And into the annular discharge chamber (arrow 106) and then out of discharge end 92 (arrow
108). The above-described RF power is used for plasma operation, i.
RF supply system 1 to etch reactor 60 to produce etching gas plasma from
12. This system 112 includes an RF power supply and load matching.
It includes a network, is connected to the pedestal 72, and the chamber wall is grounded. That is,
The seat is a powered cathode. RF power is typically high frequency preferred
Or 13.6 MHz. However, the etch reactor 60 may have several K
It can be operated at low frequencies of Hz. The use of a powered pedestal 72 allows the RF power and plasma to be
Concentrate it on the surface area and increase it elsewhere while increasing the power density across the wafer
Has the advantage of reducing it. This means that etching occurs only on the wafer.
Reduces corrosion in other parts of the chamber, thus reducing the potential for wafer contamination
Make sure that. Typically, about 2.5 to 3.5 watts / cm ^Two Using the power density of
Can be As described below, this high power density requires cooling. Preferably
The pedestal 72, supplied with RF power, provides a gas-promoted wafer-to-cathode
It is configured to combine heat conduction with liquid cathode cooling. But like helium
The application of low cooling gas to the powered pedestal 72 at low pressure
Usually cause disconnection. This reactor supplies gas to the high voltage electrode without ionization
Includes a unique gas supply 114 (FIG. 7). Etch reactor 60 also includes improvements to the magnetic field generation system disclosed in FIG. 4 above.
In FIG. 6, the system is typically a copper coil mounted in a rectangular array.
Four coil pairs 116, 118, 120 and 122, each of which is on an alternating wall of the octagonal housing. The two coil pairs work together to create a quasistatic multidirectional field.
This field is applied around the wafer to provide etch uniformity at high and low pressures.
Can be rotated stepwise or smoothly. The strength of the field is
The speed can be selected and varied to reduce ion bombardment. Electronically Controlled Multi-Directional Magnetic Field Generator FIG. 12 generates and controls the quasi-static multi-directional magnetic field used in the present invention
FIG. Mainly in FIGS. 12 and 6, two coil pairs 116-118
And 120-122 are respectively perpendicular medium magnetic field vectors B _Y And B _x Forming these
Is generally parallel to the pedestal 72 and the wafer 75. In the example shown in FIG.
The computer 113 communicates with a conventional computer via lines 103, 105, 107 and 109.
Control signals to the power supply systems 115, 117, 119 and 121, and
The coil pairs 116, 118, 120 and 23, 125, 127 and 129
The intensity and direction of the current supplied to 122 are controlled. This associated current is
Determine the direction and strength of the field generated by the pair of iles. The vertical field generated by coil pairs 116-118 and 120-122, respectively.
Kuturu B _Y And B _X Is B _x = Bcos θ (1) B _Y = B sin θ (2) Given the desired or required value of field B and its angular orientation θ, the computer
113 is a combined magnetic field vector B that gives the desired field strength and direction. _X And B _Y Get
Equations (1) and (2) are solved independently, and then these fields B _Y And B _X Carp to give
Control the application of the required current to the channels 116-122. The angular azimuth θ and strength of the DC magnetic field can be changed by changing the coil current.
And can be independently changed as fast or slow as desired. At each corner
The time of turning on and the direction of the angular stepping can be changed as well as the field strength.
You. Because these parameters are just functions to change the current to the electromagnet,
This is because it is easily controlled by the computer 113. That is, the field is stepped around the wafer using the selected orientation and time increment.
Can be. If desired, the strength of the resulting field Bθ depends on the process or reactor configuration.
Can be changed as required, or by using a constant field strength
Wear. Simply put, a current controlled system has a high or constant angular velocity.
Or provide a variety of magnetic fields of constant or varying strength, moving slowly. in addition
The orientation of the field need not be stepped or changed sequentially, and
Can be instantaneously switched from one direction (or field strength) to another. D. C. This versatility of independently controlling the direction and strength of the magnetic field is typically 60
Conventional commercial availability that rotates at a fixed relatively high frequency, such as Hertz's standard speed
It is clearly different from the rotating magnetic field that can be used. Also, for example, 2 to 5 seconds / revolution (2 to 30
The ability to slowly "rotate" at a rate of
Avoid eddy losses associated with the use of higher frequencies. The conventional reactor 40 of FIG. 4 reverses the static magnetic field along one axis. Contrast
Initially, the etch reactor 60 is advantageously implemented by a simple strategy of changing the current to the electromagnetic coil.
Preferably, the magnetic field is effectively rotated at several Hz. This steps the magnetic field around the wafer
And a 360 ° edge around the wafer instead of one direction across the wafer.
H to increase uniformity. After all, the etch reactor 60 is a low pressure RIE etching apparatus.
Directionality, selectivity and uniformity even beyond
Therefore, it can be used over a wide range from low pressure to high pressure. For example, one application of a preferred slow magnetic field rotation of 2 to 30 cycles / min is described below.
Described in a bromine / iodine etch process. More specifically, bromination and iodine
The use of a magnetic field in combination with chemical etch chemistry controls the etch and
Reduce damage. Increasing the magnetic field increases the etch speed, and therefore for a given etch
The speed increases the magnetic field and the RF power and resulting bias voltage -V _dc Reduce
Can be obtained. This is based on ion bombardment and
Reduce vise damage. Used in the mentioned bromine / iodine silicon etch process
The composition of the bromine and iodine etching gases is determined by etching the silicon material.
When controlling the sidewall profile, the inorganic sidewall deposits on the trench sidewalls
Carefully prescribed to form a deposit. Increasing the magnetic field increases the effectiveness of this etch profile control. Generally, when the magnetic field strength is increased, the protective sidewall deposits are thickened (oxygen source is present
The larger the taper and the smaller the bend, the better the trench profile
Give to. This increases the depth as the magnetic field can be changed easily
Gives you the ability to change your profile. For example, in a very narrow and deep trench
Wider trench to facilitate subsequent filling of the trench with dielectric.
It is desirable to have an opening. Taper co provided by adjusting the magnetic field
Controls are just such funnel-shaped, wide-mouth, narrow-boiled toys.
Enable wrench. FIG. 12 above also illustrates a computer control for the etch reactor 60.
Shows the entire system. Here, the computer 113 is a 68010 type controller
It is. In addition to controlling the application of current to coil pairs 116-122,
The heater 113 also supplies the gas flow from the supply unit 81 and the RF power from the supply unit 112.
Of cooling gas and water from each supply section 169 and 175 to the cathode, vacuum system
93, control for pneumatic cylinder for shaft lift mechanism 140
Coupling of pneumatic cylinder 163 for roll valve and slit valve 162
A control valve and a water heater electrode supply unit 183 are controlled. Pedestal / Cathode Assembly 70 In FIGS. 6 and mainly FIG.
A generally cylindrical wall structure 124 mounted inside 62 and housing 62
And includes a cylindrical bottom housing 126 extending downwardly therefrom. Annular discharge
Plate 96 circumferentially attaches to housing 124 on bosses 127 and 129.
Be killed. The pedestal 72 to which power is supplied is coupled with the annular insulating members 130-134.
A generally cylindrical mount mounted in a grounded housing
Is mounted on the base member 128. The pedestal / cathode assembly 70 comprises a number of vertically extending wafers arranged in a circle.
-Includes support pins / wafer lift pins 79-79 (four are shown). We
Harlift pins 79 extend through holes at the periphery of pedestal 72 and base 128. C
Both the shaft lift pins 79-79 and the clamp ring 78 are connected to the shaft extending mechanism 140 and the horizontally extending arm 1 attached to the cylindrical ring member 139.
Attached to the support arm means including 37-137. Arms 137-137
, Attached to the shaft lift mechanism 140 for vertical displacement as described below. As described above, the vertically aligned wafer lift pins 79-79 are
Attached to each arm 137-137 of the assembly, the wafer above the pedestal 72
Extends through the hole at the support surface. The clamp ring 78 is also used for the arm assembly.
, Ie attached to the ring 139. The ring 139 is connected to the housing 124
It can move vertically within a channel 141 formed between bases 128. 8th to 11th
As will be described later in detail with reference to the drawings, the wafer lift pin 79 and the clamp ring 7
8 (vertically displaced from the pin), and a common vertically movable arm assembly
The use of those joints that couple to the robot
A simple wafer exchange by the code 76 is provided. The shaft lift mechanism 140 includes a sleeve 142 connected by bolts 146 and
It includes a cylindrical spring receiving portion 144 and a bearing in a hole formed in the base 150.
Mounted to slide on the ring 148. The base 150 is a stepped circle
It has a tubular configuration and is coupled to the bottom of base 128 at that stage or shoulder. The lateral movement of the shaft lift mechanism is controlled by the small holes 153
Controlled by a pair of vertical guide pins 151 (only one shown) extending through
That is, blocked. Adjustable stop nut 155 for shaft lift
Above mechanism 140 and associated clamp ring 78 and wafer lift pins 79
A pin 151 is mounted on the threaded lower part to limit movement (top).
It is. The spring 152 includes the shaft lift mechanism 140, the clamp ring 78, and the
Of the base 150 so that the lifter pin 79 can be tilted downward to the normal lower position.
It is held between the bottom and the spring housing 144 of the shaft. As shown in FIG.
In this spring offset position, the wafer lift pins 79-79 are mounted on the pedestal 72.
The clamp ring 78 resiliently engages with the periphery of the pedestal 72.
Meet each other. If the wafer 75 is located on a pedestal, the clamp ring 78
The periphery of the wafer is securely and elastically gripped against the upper surface 154 of the pedestal (FIG. 8).
Carry. Shaft lift mechanism 140, clamp ring 78 and wafer lift pin
The 79-79 vertical upward motion is typically mounted on
Pneumatic syringe operated under control of computer 113 (FIG. 12)
This is done by the vertical rod 156 of the dough 158. The upward movement of the rod 156
The shaft lift mechanism 140 is moved upward with respect to the deflection operation of the pulling 152,
Release clamp ring 78 from pedestal 72 / wafer 75 and remove wafer lift
Toppins 79-79 extend upward through the pedestal to pick up the wafer. Operation of Wafer Exchange System 74 FIGS. 8-10 illustrate a unique single clamp ring 78 / wafer lift pin 79
The operation of the wafer exchange system 74 will be exemplified. The resulting simple uniaxial robot motion is individual
Wafer 75 from external blade 76 (see also FIG. 6) to pedestal 72 and
Move back to secure the wafer and promote cooling of the wafer as described below.
The wafer is gripped on a pedestal to advance. In FIGS. 6, 7 and 8, the reactor housing wall 66 is connected to an external
It has a long opening 160 that can be closed to allow movement of the blade 76. This closable opening
160 is not used by the blade 76 to place or extract a wafer into the chamber
Occasionally closed by a pivotally mounted valve or door 162 to seal the chamber
Be confused Door 162 is opened by pneumatic cylinder system 163 (FIG. 12).
It is closed. Clamp support ring 139 supports blade 76 and wafer 75.
It has a pair of recesses 164-164 (FIG. 6) formed on the opposite upper side to allow insertion.
One. A simple two-way uniaxial robot type blade 76 is used to etch the wafer
All that is needed to transfer between 60 and an external storage, such as a cassette. suitable
Simple robot blades and doors are described in the multi-chamber system described above. First, the clamp and finger mounting arm assembly is shown in FIG.
And in FIG. 6 in a dotted line, in a slightly raised position, and thus the ring recess 164.
, The closable opening 160 and the blade 76 are horizontally aligned. This means
Allows blade 76 to be inserted through front recess 164. Waferry
The separation point between the top of the foot pin 79 and the clamp ring 78 is located horizontally with the recess 164.
Note that they are queued. That is, the blade 76 also
Between the clamps 79-79 and the clamp ring 78. Arranged like that
The closable openings 160 and 164 allow the blade 76 (supported thereon)
With the wafer to be processed) via the closable opening 160 and the recess 164
Inserted into etch chamber 68 and into plasma etch region 110 and into pedestal 7
Put on 2. Next, as shown in FIG. 9, the rod 156 (FIG. 7) is extended to
Lift mechanism 140 and wafer lift pins 79-79,
Lift the wafer 75. After the blade 76 is retracted, the door 162 is closed. In Fig. 10
158 (FIG. 7) then retracts rod 156 and spring 152 shuffles.
Lower / retract the lift mechanism 140 and the clamp ring 78 moves the ring and pedestal
The wafer is elastically gripped between 72. After processing, the cylinder 158 raises the shaft lift mechanism 140 and the blade
Wafer 75 above blade 76 so that it can be inserted into the chamber below the wafer
To lift. The shaft lift mechanism 140 then moves the wafer to the position shown in FIG.
Slightly lowered to place lift pins 79-79 and clamp 138. This point
Thus, the blade 76 holding the processed wafer 75 is pulled out of the chamber. new
Place a fresh wafer on the blade 76 and clamp it again as shown in FIG.
Between the wafer 78 and the wafer lift pins 79-79 to insert the next wafer.
-You can start the exchange cycle. As described above, the wafer exchange system 74 uses only vertical point and peripheral contacts.
Transfer the wafer to and from the blade, hold the wafer,
From the pedestal. Normal sliding and / or rolling frictional contact is
And no deposit wafer is present. This happens in the etch chamber 68
It will be appreciated that it reduces the tendency for particulates to form. Also, the support and transfer device for the single-axis robot is located below the etch chamber 68, and
And is isolated from the chamber by a surrounding pedestal / cathode assembly 70. Bellows 1
66 is attached between the upper end of the shaft lift mechanism 140 and the base 150,
It provides an additional barrier between the lift mechanism 140 and the wafer 98 and etch chamber 68. The inside of the bellows 166 is housed by an orifice 168.
Vent to the atmospheric pressure in 126. This is due to the atmospheric pressure of the shaft chamber 167.
To facilitate expansion and contraction of the bellows along the shaft axis during its rise and fall.
You. Wafer Cooling System As described above, the pedestal / cathode assembly 70 is a combination of liquid and gas.
Eg by gas-assisted heat transfer from wafer to cathode and by liquid cathode cooling
Cooling. The liquid, typically cold water, is controlled by computer 113.
Is supplied to the inlet 170 by a cathode-water supply system 169, which is connected to the base 1
28, and a pair of upper cooling channels 174-
Leads to 174. That is, the cooling water flows into the inlet 170 and then into the lower channel
Through 172 and upper cooling channels 174-174 to an outlet (not shown)
No. Upper cooling channels 174-174 bypass cooling gas inlet passage 176
To be used instead of the wider single channel. The cooling gas promotes heat conduction from the gripped wafer 75 to the water-cooled pedestal 72.
Used to proceed. The thermally conductive gas is supplied to a conventional computer 113 control valve.
Is supplied to the inlet passage 176 through the supply unit 114 by the valve system 175, which is described later.
Thus, ionization of the low-pressure gas by the operated pedestal is prevented. In FIG.
, Passage 176 has an orifice crossing radial groove 180 in the plane of pedestal 72
178. Operation with the wafer 75 gripped against the pedestal 72 by the clamp ring 78
Helium or another suitable gas, which is a good heat conductor at low pressure,
4 and the radial groove 1 at the interface between the wafer and the pedestal via the inlet 176.
Nearly static gas pressure of typically about 1 to 10 Torr supplied to 80-180
make. During the plasma motion of the etch reactor 60, this interface gas
Heat is transferred from the wafer 75 to the water-cooled pedestal, thereby liquid-cooled pedestal /
The uniform cooling of the wafer by the cathode assembly 70 is enabled. RF driven, high power density, gas and liquid cooled pedestal / cathode assembly
The importance of Brie 70 is described in U.S. patent application Ser.
Lee Y. Won, David N. K. One, Mei Chang, Alfret Mak and
And Dan Meidan. This is the same as the bromine / iodine etch process.
be called. In performing the bromine / iodine etch process described above, a pedestal / cathode anode
The assembly 70 is cooled with water at about 20-30 ° C. Gas like helium is about
It is supplied between the wafer and the water cooled pedestal 72 at a substantially static pressure of 4 Torr.
This provides a fast and uniform heat transfer between the wafer 75 and the pedestal 72 to be cooled.
Thereby maintaining the wafer surface at a temperature of about 60 ° C. or less. This cooling is about
2.5-3.5 watts / cm ^Two High power density for conventional RIE etching equipment
It is needed because it is about an order of magnitude higher than the required power density. Cooling silicon
Or the above bromine / iodine etch process or another process to etch other materials.
Helps remove bent trench profiles and blackened silicon during recess
And facilitate profile control. The phenomenon of blackened silicon is about
It can occur at temperatures as low as 70 ° C. Room Surface Temperature Control In FIG. 7, a heating unit 181, typically a cylindrical electrical resistance heater or
Other suitable units include a cover 67, and a housing corresponding to the etch chamber 68.
The upper part of the side walls 66-66, and especially the inner and upper walls 67I and 66I of the housing.
Is attached to the cover 67 of the etch reactor 60 for the purpose of heating. In FIG.
In this case, electric power is supplied to the heater 181 by the power supply unit 183, and the power is supplied to the heater 181.
The feeding unit 183 is controlled by the computer 113 via a control line 185. Koi
The pairs 116-122 provide additional heating of the walls 66-66. Preferably, heater 181 is provided with a wall 67I to prevent condensation during reactor operation.
And 66I and when it is necessary to heat the inner surface of the gas manifold 80
It is driven selectively. For example, in the quoted bromine / iodine silicon etch process
Profile formed by the bromine and iodine etching gas composition used
The control inorganic sidewall deposits may include silicon, oxygen, bromine and / or fluorine.
Various combinations of components such as SiO _Two , SiBr _x , SiBr _x F _y And SiOBr _x F _y Consist of
be able to. During this etch step, the heater 181 controlled by the computer 113 heats the walls 671 and 66I to a temperature of> 70 ° C.
Preferably, condensation of the machine deposits is prevented. Quartz Coating Typically, the clamp ring 78 facilitates movement and protects the wafer
Lightweight bullets such as Ardel ™ or Lexan ™ to elastically grip the rim
It is made of a substance. The gas manifold 80 and the rest of the chamber are made of aluminum.
Formed of such a non-magnetic material. About 1/8 inch thick clamp ring 78
Provides a quartz coating or layer 81 and approximately 1/8 inch into gas manifold 80
Providing a similar quartz layer or coating 83 of the same thickness as in FIG.
We have found that contamination of the silicon wafer 75 during rolling is prevented. quartz
Is similar to silicon and therefore does not contaminate silicon. Quartz covers 81 and 83
It also helps to remove blackened silicon. Because of the process of using the resulting cover
The reaction can be detected in the exposed silicon if this shielding material is not properly selected.
Produces a micromasking effect, and does this lead to the formation of blackened silicon
It is. Also, oxygen is released from the quartz during operation of the etch reactor 60. release
Oxygen is used to remove the oxide mass used for etching materials such as silicon.
Add material to the mask to increase the etch resistance (selectivity) of the mask. Oxygen from quartz
Increases the etch speed. Oxygen to reduce bending or etch profiles
The one described in the bromine / iodine etch process above to control
In addition to those included in such etching gas compositions. Gas Supply Against Electrical Failure FIG. 11 shows an RF powered pedestal 72 without gas interruption or ionization.
FIG. 3 is an enlarged vertical sectional view of a gas supply device 114 used for supplying a cooling gas.
You. This feeder comprises a substantially parallel, closely spaced, perforated, upholstery inner wall 1.
Closed circle formed by a pair of electrode portions 182 and 184 having 86 and 188
It consists of a tube. The cooling gas is supplied to the supply device via the inlet 190 of the cover 191 at one end.
Through the holes 198 in the plate 186 and remove the small gap d between the plates.
Traverse, then traverse hole 199 in plate 188 and cover 193 at the opposite end.
Flow through the outlet 192 of the vehicle. Inlet 190 leads to a cooling gas supply (not shown), while outlet 192 connects to pedestal passage 176 by line 194 (FIG. 7).
Continued. An annular insulating spacer 195 physically and electrically connects the two electrodes 182 and 184.
To separate. The resulting cylindrical assembly is screwed 195-195.
And are sealed with O-rings 196-196. The entrance electrode 182 is grounded
On the other hand, the outlet electrode 184 is connected in common with the pedestal 72 supplied with RF power.
You. The spacing and size of the holes 198 and 199 and the size of the gap d
It provides continuance and low pressure and high voltage between these two adjacent plates.
It is selected to prevent ionization of the gas despite the potential difference. For example, 4 torr
In the case of gas pressure, a gap d of 1 to 40 mils and a hole diameter of 10 to 40 mils
Prevent ionization. Change the height of the spacer 195 to adapt to various gases and pressures
To adjust the gap d. Device 114 is effectively a small pressure times distance product.
Exposure of low-pressure cooling gas to pedestal potential difference despite gas sensitivity to different values
It is a compact supply device for Clean operation: Self-cleaning Several design features, including controlled reactor wall heating by heating element 181
Gives a very clean operation of the present etch reactor 66. This is the quoted bromine /
For etch profile control, such as iodine etch process
Yes, regardless of the use of processes that intentionally use the deposit-forming gas composition
. On average, we ran the reactor about 100 times during the self-cleaning cycle. In addition to the long operating time between cleanings, the self-cleaning capability of the etch reactor 60
Cleaning is not a burden. As is well known, self-cleaning of various etch chamber surfaces
Is more difficult than etching a wafer. The reason is simply the large volume of the room and
It is difficult to expand the etching gas plasma to cover a large surface area.
Because it is difficult. In the etch reactor 60, the coil pairs 116-118, 120-122
The applied magnetic field increases the self-cleaning etch rate as does high pressure operation. reaction
The vessel is designed to operate in the pressure range from 0.001 torr to 0.300 torr,
The ability to tailor the operation to the high pressure requirements of self-cleaning as well as the lower but still relatively high pressure requirements of etching. Rotating magnetic field, and the strength and direction of the magnetic field
Independent control spreads the cleaning plasma throughout the room and effectively covers all room surfaces
Allows to increase the etch rate of certain areas of the chamber required for cleaning
. Also, the use of a powered cathode and the pedestal / cathode assembly 70
The narrow spacing between the polar gas manifolds 80 provides a confined dense plasma.
You. The relatively small chamber size of about 13 liters and the circular symmetry of all elements also
Contributes to the possibility of self-cleaning. Also, all exposed surfaces in the room are made of aluminum
Or quartz, both of which do not feel self-cleaning and do not conflict with it. Preferably, a fluorinated gas composition is used for in-situ self-cleaning.
NF _Three ,SCIENCE FICTION ₆ Non-simple fluorine-containing gas compositions such as
Preferred due to the lack of pollution, but C _Two F ₆ , CF _Four Other objects or other files such as
Nitrogen-containing freons may also be used. The preferred self-cleaning process here is 60 _SCCM of
Gas NF supplied to etch chamber 68 at flow rate _Three Spin at 30 cycles per minute
0-45 Gauss field strength, 450 W RF transmit power and 100 mT chamber pressure
Utilizes fluorine gas chemistry. These parameters are
Gives a uniform etch, 10 runs (10 micron of silicon removed in each run)
After about 10 minutes, the etch reactor 60 will be effectively and completely cleaned.
. In contrast, conventional plasma etch reactors are typically cleaned in about five operation intervals.
Swept and requires disassembly for cleaning in wet etchants. Insights
The combination of self-cleaning ability, essentially clean operation and a long time between cleaning cycles,
Reduce downtime required for cleaning and increase production.

【図面の簡単な説明】 第１〜３図は、従来のプラズマエッチング系の三つのタイプを図式的に示す断
面図である。 第４図は、本発明の磁気的に促進されるＲＩＥモードプラズマエッチ系の原形
である磁気的に促進されるＲＩＥモードプラズマエッチ系の、部分的に図式化し
た断面図である。 第５図は、第４図で示す室のウェハー保持電極を通る垂直断面図であり、Ｂ反
転を示す。 第６図は、本発明の磁場促進プラズマ反応器の好ましい実施態様の等尺大図で
ある。 第７図は、第６図の線７−７に沿う垂直断面図である。 第８〜１０図は、ウェハーを反応器台座に置き、そしてそこから取り去るウェ
ハー交換系の動作を示す連続図である。 第１１図は、第７図に示すガス供給系の拡大垂直断面図である。 第１２図は、本発明で用いられる電気的に制御される準静的多方向ＤＣ磁場を
発生させ制御する系、及び本発明の反応器の全運転を制御するのに適するコンピ
ュータ系を示すフロー図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 to 3 are cross-sectional views schematically showing three types of conventional plasma etching systems. FIG. 4 is a partially schematic cross-sectional view of a magnetically enhanced RIE mode plasma etch system that is a prototype of the magnetically enhanced RIE mode plasma etch system of the present invention. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view through the wafer holding electrode of the chamber shown in FIG. 4, showing B inversion. FIG. 6 is an isometric view of a preferred embodiment of the magnetic field enhanced plasma reactor of the present invention. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view taken along line 7-7 of FIG. 8 to 10 are sequential diagrams illustrating the operation of a wafer exchange system for placing and removing wafers from a reactor pedestal. FIG. 11 is an enlarged vertical sectional view of the gas supply system shown in FIG. FIG. 12 is a flow chart showing a system for generating and controlling an electrically controlled quasi-static multidirectional DC magnetic field used in the present invention, and a computer system suitable for controlling the entire operation of the reactor of the present invention. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項１】真空室を形成するハウジングを有して、真空室内に置かれたウェハ
ーを処理する真空処理装置であって、 前記ハウジングの側壁に設けられた閉じることができる開口と、 前記開口を通じて、ウェハーを真空室内の所定の位置に挿入し且つ前記所定の
位置から取り出す手段と、 水平にウェハーを支持するための、前記所定の位置の下方に位置する上面を持
つ台座と、 前記台座内の穴を通ってほぼ垂直方向に延びる円状に配置されたピン群と、 ウェハーを前記所定の位置から前記台座の上面上に移動し、且つウェハーを前
記台座の上面上から前記所定の位置に戻すために、前記ピン群を下方及び上方に
動かす支持アーム手段と、 前記台座内で冷却流体を循環させる手段と、及び 前記支持アーム手段に取り付けられ、前記台座の上面上でウェハーを前記台座
に締めつけるクランプリング手段を備え、前記支持アーム手段が、前記ピン群が
前記台座の上面上にウェハーを下降するように下降したとき、前記クランプリン
グ手段をも降下させて、前記台座の上面上に前記ウェハーを締めつけることを特
徴とする真空処理装置。 【請求項２】更に、前記台座にＲＦエネルギーを与える手段を有することを特徴
とする請求項１に記載の真空処理装置。 【請求項３】更に、ハウジングの外部に設けられた、ハウジングの内部表面を所
定の温度に加熱するための手段を有し、前記表面上への沈積を妨げることを特徴
とする請求項１または２に記載の真空処理装置。 【請求項４】更に、イオン化することなく電力供給される台座に低圧で冷却ガス
を供給するための供給装置を含み、前記冷却ガスを受け取るためのガス入口及び
前記台座に接続され、間隔を開けて位置するガス出口を持つハウジングを有し、
前記ハウジングは、更にガス通路を横方向に広げる、内部の、接近した間隔の開 口を持つ一対のプレートを含み、ガス流の出口側の前記プレートの一つは前記台
座と共通に電気的に接続され、他のプレートはアースに接続されていることを特
徴とする請求項１に記載の真空処理装置。 【請求項５】ガスマニホールド及びクランプリングに石英のようなエッチングさ
れにくい材料のコーティングがなされていることを特徴とする請求項１または４
に記載の真空処理装置。 【請求項６】ウェハー表面に平行な直流磁場を形成するためのハウジングの周り
に配置された少なくとも第１及び第２の電磁石対、及び均一なエッチングプラズ
マを与えるために、ウェハーの表面にわたって直流磁場を段階状にするための電
流を前記磁石対に流す手段を有することを特徴とする請求項１に記載の真空処理
装置。 Claims: 1. A vacuum processing apparatus for processing a wafer placed in a vacuum chamber, the vacuum processing apparatus having a housing forming a vacuum chamber, wherein a closure provided on a side wall of the housing is provided. Means for inserting a wafer into a predetermined position in the vacuum chamber through the opening and removing the wafer from the predetermined position; and an upper surface positioned below the predetermined position for horizontally supporting the wafer. A pedestal, a group of pins arranged in a circle extending substantially vertically through a hole in the pedestal, and moving a wafer from the predetermined position on the upper surface of the pedestal, and moving the wafer on the upper surface of the pedestal. mounting for return to the predetermined position, the support arm means for moving said pin group in the lower and upper, and means for circulating a cooling fluid within the pedestal, and the support arm means from the Is provided with a clamping ring means clamping the wafer on the pedestal on the upper surface of the pedestal, said support arm means, said pin group
When the wafer is lowered onto the upper surface of the pedestal, the clamp ring
The lowering means is also lowered to clamp the wafer on the upper surface of the pedestal.
Vacuum processing apparatus according to symptoms. 2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, further comprising means for applying RF energy to said pedestal. 3. The method according to claim 1, further comprising means for heating the inner surface of the housing to a predetermined temperature, provided outside the housing, for preventing deposition on the surface. 3. The vacuum processing apparatus according to 2. 4. A system for supplying cooling gas at a low pressure to a pedestal powered without ionization, the supply device being connected to a gas inlet for receiving the cooling gas and the pedestal, and being spaced apart from the pedestal. A housing with a gas outlet located at
The housing further includes a pair of plates with internal, closely spaced openings that laterally widen the gas passages, one of the plates on the gas flow outlet side commonly electrically connected to the pedestal. 2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the other plate is connected to a ground. 5. The gas manifold and the clamp ring are coated with a material that is difficult to be etched, such as quartz.
The vacuum processing apparatus according to item 1. 6. At least a first and a second pair of electromagnets arranged around a housing for forming a DC magnetic field parallel to the wafer surface, and a DC magnetic field across the surface of the wafer to provide a uniform etching plasma. 2. A vacuum processing apparatus according to claim 1, further comprising means for causing a current to flow through the pair of magnets to make the current stepwise.