(57)【要約】      （修正有）【課題】メンテナンス及び清浄の頻度を低減し、長い稼動期間を有する反応炉を提供する。【解決手段】反応炉２０は、ハウジング２２及びエッチングチャンバ２４を含み、ウェーハ２６は、底部電極２８に結合したチャックに配置される。チャンバ２４はさらに、チャンバ２４において発生したプラズマの結果として、接地されるか又は浮動電位を生成することを許可される側面周縁電極３０を含み、見通し経路に沿って、ウェーハ２６から、電極３２へ、又は電極３２を反応炉２０の反応チャンバ５１に結合させる窓３８へと、例えばスパッタリングによって材料が堆積するのを防止するシールド５０を含む。【選択図】図１ａ
2010080972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と；
反応チャンバと；
ウェーハを固定するために応用され、反応チャンバに配置されるチャックと；及び
前記ウェーハと電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドとを具備することを特徴とする反応炉。
【請求項２】
前記シールドは、複数のルーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項３】
前記シールドは、前記ウェーハから前記電極に向かってスパッタリングされた材料の前記経路を遮断するために、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路を遮断する複数の重複するルーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項４】
前記プラズマ反応炉は、誘導結合されたプラズマ反応炉であり；及び
前記反応炉は、前記電極を前記反応チャンバから遮蔽する窓を含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項５】
前記シールドは、前記窓と前記ウェーハとの間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の反応炉。
【請求項６】
前記シールドは、前記反応チャンバを、プラズマが生成される前記電極と関連した第一のチャンバと、及びウェーハを固定するために応用される前記チャックと関連した第二のチャンバとに分割することを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項７】
前記プラズマ反応炉は、誘導結合されたプラズマ反応炉であることを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項８】
前記プラズマ反応炉は、プラズマエッチング反応炉であることを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項９】
前記電極は、前記反応チャンバの最上部に配置される第一の電極であり；
前記チャンバの周縁部あたりに配置され、及び前記周縁部を定義する第二の電極と；及び
前記チャンバの底部に配置され、及び前記チャックと関連した第三の電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項１０】
前記シールドは、前記反応チャンバを、前記第一の電極とプラズマが発生する前記シールドとの間に定義される第一のチャンバと、及び前記シールドと前記第三の電極との間の第二のチャンバに分割することを特徴とする請求項９に記載の反応炉。
【請求項１１】
前記第一及び前記第二の電極のうち一方は、高周波で稼動する電源と交信し、及び前記第一及び前記第二の電極のうちの他方は、接地されるか又は浮動しており；及び
前記第三の電極は、低周波で稼動する電源と交信することを特徴とする請求項９に記載の反応炉。
【請求項１２】
前記第一の電源は、約１０メガヘルツかそれ以上の高周波を稼動させ；及び
前記第二の電源は、約１メガヘルツかそれ以下の低周波を稼動することを特徴とする請求項１１に記載の反応炉。
【請求項１３】
前記窓は、石英で作られていることを特徴とする請求項４に記載の反応炉。
【請求項１４】
前記窓は、前記電極の電力が、前記反応チャンバへと伝送されるようにする材料で作られることを特徴とする請求項４に記載の反応炉。
【請求項１５】
前記シールドは、セラミック又は石英の一つで作られることを特徴とする請求項４に記載の反応炉。
【請求項１６】
ウェーハ上の誘導フィルムをエッチングするために応用される請求項１に記載の反応炉。
【請求項１７】
誘導結合されたプラズマ反応炉であって：
プラズマを生成するために使用される電極と；
反応チャンバと；
前記電極を前記反応チャンバから遮蔽する窓と；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；及び
ウェーハから前記窓への材料の堆積を最小限にするために、前記ウェーハと前記窓との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドとを具備することを特徴とするプラズマ反応炉。
【請求項１８】
前記反応炉は、プラズマエッチング反応炉であることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項１９】
前記シールドは、複数のルーバを含むことを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２０】
前記シールドは、前記ウェーハから前記電極に向かってスパッタリングされた材料の前記経路を遮断するために、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路を遮断する複数の重複するルーバを含むことを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２１】
前記電極は、前記反応チャンバの最上部に配置される第一の電極であり；
前記チャンバの周縁部あたりに配置され、及び前記周縁部を定義する第二の電極と；及び
前記チャンバの底部に配置され、及び前記チャックと関連した第三の電極とを含むことを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２２】
前記窓は、石英で作られていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２３】
前記窓は、前記電極の電力が、前記反応チャンバへと伝送されるようにする材料で作られることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２４】
前記シールドは、セラミック又は石英の一つで作られることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２５】
前記窓は、前記電極の電力が、前記反応チャンバへと伝送されるようにする材料で作られることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２６】
ウェーハの材料をスパッタリングさせる反応炉であって：
電極と；
反応チャンバと；
前記反応チャンバにおけるウェーハを固定するために応用される第一の手段と；及び
材料が前記電極に向けられることを防止するために、前記チャンバに配置された第二の手段とを具備することを特徴とする反応炉。
【請求項２７】
前記第二の手段は、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されたシールドであることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２８】
前記第二の手段は、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路に配置されることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ反応炉。
【請求項２９】
誘導結合されたプラズマ反応炉であって：
プラズマを生成するために使用される電極と；
反応チャンバと；
前記電極を前記反応チャンバから遮蔽する窓と；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；及び
前記電極のオペレーションがショートされるのを防止するための手段とを具備することを特徴とするプラズマ反応炉。
【請求項３０】
前記手段は；
前記窓への材料の堆積を最小限にするために、前記ウェーハと前記窓との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドを含むことを特徴とする請求項２９に記載のプラズマ反応炉。
【請求項３１】
前記シールドは、スパッタリング・シールドであることを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項３２】
前記第二の手段は、前記ウェーハからスパッタリングされた材料が、前記電極に向けられることを防止するためのものであることを特徴とする請求項２６に記載の反応炉。
【請求項３３】
電極と；
電力伝送窓と；
前記電極と前記反応チャンバとの間に、前記電力伝送窓が配置される反応チャンバと；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；及び
前記チャックと前記電力伝送窓の間の、前記電力伝送窓に材料が堆積するのを防止するシールドとを具備することを特徴とする反応炉。
【請求項３４】
電極と；
電力伝送窓と；
反応チャンバであって、前記電力伝送窓は、前記電極と前記反応チャンバとの間に配置されることを特徴とする反応チャンバと；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；及び
前記チャンバに配置された、前記電極がショートされるのを防止するための手段とを具備することを特徴とする反応炉。
【請求項３５】
半導体ウェーハを処理するためにプラズマを生成することができる反応炉であって：
電極及び電力伝送窓の一つと；
反応チャンバと；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；  
前記チャックと前記電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドとを具備し；
前記シールドは、前記反応チャンバを、前記電極及び前記電力伝送窓の一つと前記シールドとの間に配置された第一の部分と、前記シールドと前記チャックとの間に配置された第二の部分とに分割し；及び
前記シールドは、前記第二の部分において見られるプラズマの特徴に影響を与える材料を具備していることを特徴とする反応炉。
【請求項３６】
前記シールドは、導体及び絶縁体の一つを具備することを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項３７】
前記シールドは、磁界が、シールドを通過して、前記第一のチャンバから前記第二のチャンバへ続くようにする非導体であることを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項３８】
前記シールドは、アルミナ、石英及びカーボンを基礎とした化合物の一つを具備することを特徴とする請求項３７に記載の反応炉。
【請求項３９】
前記シールドの前記材料によって、プラズマが前記第二のチャンバにおいて生成されることができることを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４０】
前記シールドの前記材料は、前記チャックを保護するために、前記第二のチャンバにおけるプラズマの生成を制限し、及び前記シールドは前記チャックに固定されているウェーハを保護するために応用されることを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４１】
前記シールドは、アルミナ、石英、シリコン、テフロン（登録商標）、デルリン、ナイロン、ポリイミドの一つ、及び有機化合物で覆われた支持構造を具備することを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４２】
前記シールドは、有機化合物を具備することを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４３】
前記シールドの前記材料は、少なくとも前記第二のチャンバにおけるイオンのエネルギのレベル及び前記第二のチャンバにおける放射線のレベルの一つに影響を与えることを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４４】
前記材料は、プラズマを少なくとも部分的に、前記第一のチャンバに抑制することを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４５】
半導体ウェーハを処理するためにプラズマを生成することができる反応炉であって：
電極及び電力伝送窓の一つと；
反応チャンバと；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；  
前記チャックと前記電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドとを具備し；
前記シールドは、前記反応チャンバを、前記電極及び前記電力伝送窓の一つと前記シールドとの間に配置された第一の部分と、前記シールドと前記チャックとの間に配置された第二の部分とに分割し；及び
前記シールドは、前記チャックを保護するために前記第一の部分へのプラズマ生成を含む材料を具備しており、及び前記シールドは、前記チャックに固定されたウェーハを保護するために応用されることを特徴とする反応炉。
【請求項４６】
前記シールドの前記材料は、前記チャックの保護を支援することを特徴とする請求項４５に記載の反応炉。
【請求項４７】
前記電極は、第一の電極であり；
第二の電極は、前記チャンバの周縁部あたりに配置され、及び前記周縁部を定義し；及び
第三の電極は、前記チャックと関連することを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４８】
前記反応炉は、誘導結合され及び容量結合されるうちの一つであることを特徴とする請求項３５に記載の反応炉。
【請求項４９】
電極と；
反応チャンバと；
前記反応チャンバにおけるウェーハを固定するために応用される第一の手段と；
前記チャンバに配置され、汚染物質がウェーハから前記電極に向けられることを防止する第二の手段とを具備し；及び
前記第二の手段は、前記第二のチャンバにおいて見られるプラズマの特性に影響を与える材料を具備することを特徴とする反応炉。
【請求項５０】
前記第二の手段の前記材料は、導体及び絶縁体の一つを具備することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５１】
前記第二の手段の前記材料は、磁界が、シールドを通過して、前記第一のチャンバから前記第二のチャンバへ延びるようにする非導体であることを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５２】
前記第二の手段の前記材料は、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、カーボン、及びカーボンを基礎とした化合物の一つを具備することを特徴とする請求項５１に記載の反応炉。
【請求項５３】
前記第二の手段によって、プラズマが前記第二のチャンバにおいて生成されることができることを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５４】
前記第二の手段の前記材料は、前記チャックを保護するために、前記第二のチャンバにおいてプラズマの生成を制限し、及び前記チャックに固定されているウェーハを保護するために応用されることを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５５】
前記第二の手段は、アルミナ、石英、シリコン、テフロン（登録商標）、デルリン、ナイロン、ポリイミドの一つ、及び有機化合物で覆われた支持構造を具備することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５６】
前記第二の手段の前記材料は、有機化合物を具備することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５７】
前記第二の手段の前記材料は、少なくとも前記第二のチャンバにおけるイオンのエネルギのレベル及び前記第二のチャンバにおける放射線のレベルの一つに影響を与えることを請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５８】
前記第二の手段は、実質的にプラズマを前記第一のチャンバに抑制することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項５９】
前記第二の手段の前記材料は、前記チャックの保護を支援することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項６０】
前記電極は、第一の電極であり；
第二の電極は、前記チャンバの周縁部あたりに配置され、及び前記周縁部を定義する；および
第三の電極は、前記第二の手段と関連することを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項６１】
前記反応炉は、誘導結合され及び容量結合されるうちの一つであることを特徴とする請求項４９に記載の反応炉。
【請求項６２】
前記ウェーハから電極及び電力伝送窓の一つに向けられた材料の経路を遮断するために、処理されるウェーハと電力伝送窓との間にある見通し経路に配置される反応炉のためのシールドであって：
複数のルーバを具備し；及び
前記ルーバは、前記反応炉に見られるプラズマの特性に影響を与える材料を具備することを特徴とするシールド。
【請求項６３】
前記複数のルーバと重複する他の複数のルーバを含むことを特徴とする請求項６２に記載のシールド。
【請求項６４】
前記ルーバの少なくともいくつかはタブを含むことを特徴とする請求項６２に記載のシールド。
【請求項６５】
前記複数のルーバの少なくともいくつかのルーバはタブを含み、及び前記他の複数のルーバの少なくともいくつかのルーバはタブを含むことを特徴とする請求項６３に記載のシールド。
【請求項６６】
前記複数のルーバの少なくともいくつかのルーバは、その間に配置された空間を伴う第一のタブを含み、及び前記他の複数のルーバの少なくともいくつかのルーバは、その間に配置された空間を伴う第二のタブを含み；及び
前記複数のルーバからの少なくともいくつかのタブは、前記他の複数のルーバの間にある空間の少なくともいくつかを覆うために配置されることを特徴とする請求項６３に記載のシールド。
【請求項６７】
前記シールドの前記材料は、導体及び絶縁体の一つを具備することを特徴とする請求項６２に記載のシールド。
【請求項６８】
前記シールドの前記材料は、磁界が、シールドを通過して延びるようにする絶縁体であることを特徴とする請求項６２に記載の反応炉。
【請求項６９】
前記シールドは、アルミニウム、陽極処理アルミニウムカーボン、及びカーボンを基礎とした化合物の一つを具備することを特徴とする請求項６２に記載の反応炉。
【請求項７０】
前記シールドは、アルミナ、石英、シリコン、テフロン（登録商標）、デルリン、ナイロン、ポリイミドの一つ、及び有機化合物で覆われた支持構造を具備することを特徴とする請求項６２に記載の反応炉。
【請求項７１】
前記シールドは、有機化合物を具備することを特徴とする請求項６２に記載の反応炉。
【請求項７２】
誘導結合されたプラズマ反応炉であって：
プラズマを生成するために使用される電極と；
反応チャンバと；
前記電極を前記反応チャンバから遮蔽する電力伝送窓と；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；
ウェーハから前記窓への材料の堆積を最小限にするために、前記ウェーハと前記窓との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドを具備し；及び
前記シールドは、前記電力伝送窓の一部であることを特徴とするプラズマ反応炉。
【請求項７３】
誘導結合されたプラズマ反応炉であって、
プラズマを生成するために使用される電極と；
反応チャンバと；
前記電極を前記反応チャンバから遮蔽する電力伝送窓と；
ウェーハを固定するために応用され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；
ウェーハから前記窓への材料の堆積を最小限にするために、前記ウェーハと前記窓との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドを具備し；及び
前記シールドは、実質的に前記電力伝送窓に隣接して配置されることを特徴とするプラズマ反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、アメリカ合衆国特許出願第０８／９８５，７３０号、出願日１９９７年１２月５日、発明の名称「堆積フィールドを有するプラズマ反応炉」の部分的続編（continuation-in-part）である。
【０００２】
本発明は、半導体処理反応炉に関し、特定すると、材料が処理されているウェーハからスパッタリングされるようにする反応炉に関する。
【背景技術】
【０００３】
エッチング処理を含むがそれには限定されない半導体製造処理の間に、ウェーハからの材料は、それからスパッタリングし、及び冷却面（cooler surface）を含むがそれには限定されない、反応炉の壁面（wall）等反応炉の様々な表面に堆積する傾向があるかもしれない。誘導結合されたプラズマ反応炉は通常、通常石英を具備する窓を通して反応チャンバに結合される誘導コイルの形式でもよい、第一の電極を有する。前記配列においては、ウェーハからスパッタリングされ、及び見通し直線を移動する材料は、壁面及び窓を含む反応炉の様々な表面にぶつかったり堆積するかもしれない。スパッタリング及び他のメカニズム（mechanisms）によって発生する前記堆積は、反応炉の稼動に悪い影響を与えうる。前記材料の堆積は、反応炉が周期的に停止されなければならないことを意味し、様々な表面が清浄されるか交換されることを意味する。従って、ウェーハ表面からスパッタリングされ、反応炉の壁面や窓に堆積する材料の影響を最小限にする必要がある。さらに、あらゆるメカニズムによって壁面、窓及び反応炉の他の表面に堆積した材料の影響を最小限にする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来技術の不利益を克服するためのものである。特に、本発明は、ウェーハの表面から材料をスパッタリングさせる半導体ウェーハ処理オペレーションに対して有益である。特に、電力伝送窓を通して反応チャンバに結合された誘導コイルの形式である電極を有する、誘導結合されたプラズマ反応炉の場合、スパッタリング及び他のメカニズムによって堆積した金属及び他の材料を含むがそれに限定されない堆積した材料は、窓にぶつかり及び堆積して、誘導電極から結合する電力を低減し又は制限する。
【０００５】
従って、ウェーハからの材料のスパッタリングが、誘導電極又はあらゆる他の電極から結合する電力を低減させ又は制限しないようなメカニズムを供給することが、本発明の目的である。
【０００６】
本発明の他の目的は、電力伝送窓又は電極への材料の堆積を防止する堆積シールドを供給することである。堆積は、スパッタリング、コンデンセーション（condensation,   結露、凝縮）、等のメカニズムによって発生しうる。
【０００７】
本発明の他の目的は、ウェーハ表面からスパッタリングされ、電極及び／又は電極を反応チャンバに結合する窓に向けられた材料を妨害するための堆積シールドを供給することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、見通し直線にある堆積シールドを、又はウェーハと電極又は窓との間にスパッタリング経路（sputter path）を供給することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、メンテナンス（maintenance）及び清浄の停止の間に、より長い稼動上の合間を有する反応炉を供給することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、反応炉に形成されたプラズマの特徴に影響を与える材料を具備するシールドを供給することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、導体及び非導体、例えば絶縁体の一つを具備するシールドを供給することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、電界が、シールドを通して第一のチャンバから、ウェーハがチャックによって固定されている第二のチャンバへと延びるようにするシールドを供給することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、例示にすぎないが、アルミニウム、陽極処理をされたアルミニウム、カーボン（グラファイト）、及びカーボンを基礎とし、グラファイトを含む化合物等の導体を具備するシールドを供給することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的において、前記シールドは、例示にすぎないが、アルミナ、石英、テフロン（登録商標）、デルリン、ナイロン、ポリイミドの一つを含む絶縁体、及び有機化合物で覆われた支持構造、及び通常はカーボンを基礎とした化合物（プラスティック）を具備する。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、第二のチャンバにおいて、チャックに固定されたウェーハを、プラズマの生成から保護するシールドを供給することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に従って、プラズマ反応炉は、プラズマを生成するために使用される電極、及び反応チャンバを含む。前記反応炉は、前記ウェーハを固定するために応用されるチャックを含み、前記チャックは、反応チャンバに配置される。前記反応炉はさらに、ウェーハと電極との間にある見通し経路における反応チャンバに配置される堆積シールドを含む。
【００１７】
本発明の他の特徴においては、前記堆積シールドは複数のルーバ又はスラットを含む。
【００１８】
本発明のさらなる特徴においては、前記堆積シールドは、スパッタリングを含むがそれには限定されない手段によって、ウェーハからはがれ、及び電極に向かう材料の経路を遮断するために、ウェーハと電極との間の見通し経路を遮断する複数の重複するルーバ又はスラットを含む。
【００１９】
本発明のさらなる特徴においては、前記プラズマ反応炉は、誘導結合されたプラズマ反応炉であり、及び前記反応炉は、電極を反応チャンバから遮蔽する窓を含む。堆積シールドは、材料が窓に堆積し、それにより窓を通過して反応チャンバに結合される誘導電極から結合する電力を低減し又は除去することを防止する。
【００２０】
本発明の他の特徴においては、前記シールドは、プラズマの特徴に影響を与える材料を具備する。
【００２１】
本発明のさらに他の特徴においては、前記シールドは、導体及び絶縁体の一つを具備する。
【００２２】
本発明の他の特徴においては、前記プラズマ反応炉は、反応炉の最上部に配置された第一の電極、チャンバの周縁部付近に配置された第二の電極、及びチャンバの底部に配置され、ウェーハを固定するチャックと関連した第三の電極を具備する、三電極反応炉を含む最上部電極は、例示にすぎないが、容量結合された電極を含むことができる。
【００２３】
本発明の他の特徴においては、及び特に誘導結合されたプラズマ反応炉を伴う場合は、窓を通して反応チャンバに結合された、誘導電極の電力結合の低減又は除去を防止するための装置が供給される。
【００２４】
本発明の他の特徴においては、堆積シールドは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma,  誘導結合プラズマ）システム及びＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance,  電子サイクロトロン共鳴）システムの効果的な稼動をさせる。
本発明の他の特徴、目的、及び効果は、本明細書、本請求の範囲、及び添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】本発明の堆積シールドの実施例を組み込んでいる代表的な誘導結合されたプラズマ反応炉を示す。
【図１ｂ】本発明の堆積シールドの実施例を組み込んでいる代表的な誘導結合されたプラズマ反応炉を示す。
【図１ｃ】本発明の堆積シールドの実施例を組み込んでいる代表的な誘導結合されたプラズマ反応炉を示す。
【図２】本発明の堆積シールドの代替的実施例を示す。
【図３ａ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【図３ｂ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【図４ａ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【図４ｂ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【図４ｃ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【図４ｄ】本発明の堆積シールドのさらなる代替的実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１ａ、１ｂ、及び１ｃは、本発明のプラズマ反応炉２０を示す。この特定の実施例におけるプラズマ反応炉は、誘導結合されたプラズマ反応炉である。本発明の本質は、他の種類の反応炉、例えばＥＣＲ、ヘリコン及び容量結合された反応炉と同様に他のＩＣＰ反応炉において実施されることもできることが理解される。このように本発明は、様々なオペレーションを実行することができ、及びウェーハの表面から他の表面、例えば電力伝送窓への材料の堆積を起こすことがある様々な反応炉に対して有益である。反応炉２０は、この実施例において、エッチング処理を実行するために構築される。反応炉２０は、ハウジング（housing）２２及び反応炉又はエッチングチャンバ２４を含む。ウェーハ２６は、底部電極２８に結合したチャックに配置される。チャンバ２４はさらに、チャンバ２４において発生したプラズマの結果として、接地されるか又は浮動電位を生成することを許可される側面周縁電極３０を含む。反応炉２０は、この実施例において誘導コイルを含む上部電極３２を含む。
【００２７】
好ましくは、反応炉２０は、二つのＡＣ電源を含む。第一の電源３４は、上部電極３２に接続され、及び第二の電源３６は、底部電極２８に接続される。両方の接続に対する適切な回路は、整合ネットワーク（matching network）を含んでもよい。さらに、コントローラ（controller）４０は、前記第一及び第二のＡＣ電源３６，３８の配列を制御する。この実施例において、前記第一の電源３４は、メガヘルツ・レンジ（megahertz range）で稼動し、及び好ましくは、約１３．５６メガヘルツで稼動するが、メガヘルツの他の周波数及びギガヘルツ・レンジ（GHz range）が、本発明において使用されることができる。前記第二の電源３２は好ましくは、キロヘルツ・レンジ（KHz range）で稼動し、及び最適には約４５０キロヘルツ、及び通常は約５００キロヘルツ以下の範囲で稼動する。しかしながら、前記第二の電源は、メガヘルツ・レンジへと稼動することもできる。イオン・エネルギはキロヘルツ・レンジに向けて増加する一方で、イオン濃度はメガヘルツ・レンジに向かって増加する。さらに、ウェーハ電極は、それに応用された混合周波電源、例えばキロヘルツ及びメガヘルツ・レンジでの電源、又はキロヘルツ及びギガヘルツ・レンジでの電源を有することができる。本実施例はさらに、処理ガス流入ヘッド（process gas inlet head）４２及び処理ガス流出ポート（process gas outlet port）４４を含む。図１ａ、１ｂ、及び１ｃに記載の反応チャンバが最上部ポンプ・システム（top pumped system）を示す一方で、底部チャック電極と関連したポートを含むがそれに限定されない反応炉システムの様々な他の場所に、処理ガス流入及び流出ポートを有する他の反応炉システムは、本発明から利益を得ることができることが理解されるであろう。
【００２８】
電力伝送窓３８は、通常石英又は上部電極３２の誘導コイルを通って伝送される電力が、反応チャンバ２４に結合するようにするあらゆる他の材料を具備しており、誘電上部電極３２に隣接して配置される。
【００２９】
本発明はさらに、本実施例において、ウェーハ２６及び底部電極２８に関して傾いた角度で（skewed angle）配置される複数のルーバ又はスラット５２を含むシールド５０を含む。このシールドは、電力伝送窓３８への材料の堆積を防止することができるので、窓を通して電極３２と結合する電力は、低減され又は除去されない。材料の堆積は、数多くのメカニズム、例えばスパッタリング、コンデンセーション等から発生しうる。以下にはスパッタリング・シールドが参照されているが、前記シールドは前記多くのメカニズムのいずれによっても堆積を防止することができる。
【００３０】
図１ａに記載の本実施例においては、シールド５０は、ウェーハ２６からスパッタリングされた材料と窓３８及び誘導コイル３２との間の見通しスパッタリング経路を妨害する。特定のスパッタリング・シールド５０は、ウェーハ２６からスパッタリングされた材料を遮断するために重複するルーバ５２を含む。好ましい実施例においては、スパッタリング・シールド５０は、石英、セラミック、又は反応チャンバに適している他の絶縁材料を具備することができる。導体は、シールドに対して使用されることもできる。スパッタリング・シールド５０は実際に、部分的に開けられていた一組のベネチアン・ブラインドに類推されることができる。スパッタリング・シールド５０は、材料、及び特に半導体ウェーハ２６における金属フィルムからの金属がスパッタリングされ、及び窓３８に堆積するのを防止する。前記金属は、上部電極３２の誘導コイルと反応チャンバ２４との間の電力の結合を低減し、又は除去しうるだろう。
【００３１】
図１ａに記載のとおり、プラズマが発生する上部チャンバ５１及びウェーハが配置され、及び前記半導体処理が発生する下部チャンバ５３を生成するために、堆積シールド５０は、この好ましい実施例においては、反応チャンバ２４を通る中間に配置される。
【００３２】
このように、図１ａに配置された前記シールドは実質的に、チャンバを上部チャンバ及び下部チャンバに分割するので、そのような反応炉はダウンストリーム反応炉（downstream reactor）が稼動する方法で稼動することが理解されるだろう。すなわち、前記シールドがウェーハから結合窓３２への材料のスパッタリング又は堆積を防止する一方で、前記シールドはまた、ウェーハを損傷させうるプラズマの好ましくない特徴から、ウェーハも保護する。
【００３３】
図１ｂは、前記堆積シールドが窓３８に隣接して配置されている図１ａに記載の本発明の代替的実施例を示している。この実施例においては、前記シールド５０は、プラズマが通常チャンバに形成され、及びプラズマの形成に干渉しない場所の上に配置される。しかしながら、前記シールドは窓３８への材料の堆積を防止し又は大いに低減させ、前記堆積は、窓を通した電源の電力結合を低減させ又は除去するだろう。図１ｂに記載のとおり、前記シールド５０は、複数のルーバ５７，５９を含む。ルーバ５７は、誘導コイル３２の中心からやや左へと傾斜している一方で、ルーバ５９は、誘導コイル３２の中心からやや右へと傾斜している。
【００３４】
図１ｃは、堆積シールド５０が窓３８に結合される、本発明のさらなる実施例を示す。前記結合は、例えば、窓が石英で作られている場合に供給され、及び前記堆積シールドは、溝の形成を通して窓３８に直接供給され、前記溝は、図１ｂに記載のルーバ５７と５９との間の同じ方向に向く。さらに、溝が窓３８の材料に直接形成される、図１ｃに記載のものと同じ構造を形成するために、堆積シールドが直接窓３８に堆積されるようにすることが可能である。例示にすぎないが、石英窓は、例えば堆積シールドとして動作するミニ‐ルーバを構築するために、そこへのアルミナの堆積によって形成されることができるだろう。さらに、堆積シールドを形成し、及び本発明の精神と範疇に入るために、他のパターン（pattern）が窓に堆積されることができる。これらのパターンは、窓３８の部分が、ウェーハ２６の見通し経路からはずれるようにする。
【００３５】
本発明の堆積シールド５５の他の実施例を、図２に見ることができる。この堆積シールド５５は、個別のルーバ又はスラット５８及び６０の第一及び第二のコースをそれぞれ含む。第一及び第二のコース５０及び５４のスラットは、ウェーハ２６と平行である。コース５４のスラット５８は、コース５６のスラット６０の端部と重複する。スパッタリングされた又は他の材料が、窓３８へ、又は容量結合された反応炉、上部電極の場合に衝突したり堆積したりすることを防止するために、そのような配列は、見通し経路シールドを供給する。図２に記載のシールドの実施例は、図１ａ、１ｂ、及び１ｃに示された三つの場所のいずれにおいても配置されることができる。
【００３６】
図３ａ及び３ｂは、本発明のシールド７０のさらなる代替的実施例を示す。このシールドは、ルーバ又はスラット７６，６８の第一及び第二のコース７２，７４をそれぞれ含む。第一のコース７２は、互いに平行であり、及びウェーハ２６に関して一つの方向に傾いている複数のルーバ又はスラット７６を含む。第二のコース７４は、互いに平行であり、及び半導体ウェーハ２６に関して他の一方向に傾いているルーバ又はスラット７８を含む。図３ａに記載の配列を使用した好ましい実施例においては、スラット７２の第一のコースは、約４５度の鋭角に傾斜し、及び第二のコース７４は、約１３５度の鈍角に傾斜する。スラット７６，７８の端部は、互いに重複する。
【００３７】
図３ｂにおいては、図１ｂに記載のルーバ及びスラットとやや類似した配列であるルーバ又はスラットの第一及び第二のコース７２，７４を含むシールド７０の代替的実施例が示される。すなわち、第一のコース７２は、ルーバ又はスラット７６及び７７を含み、ルーバ７６はやや左に向いており、及びルーバ７７はやや右に向いている。第二のコース７４は、ルーバ及びスラット７８及び７９を含み、ルーバ７８はやや右に向いており、ルーバ７９はやや左に向いている。
【００３８】
図４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄに、本発明のさらなる実施例が示されている。シールド８０は、ルーバ又はスラット８６及び８８の第一及び第二のコース８２、８４をそれぞれ含む。図４ａに記載の側面図から、ルーバ又はスラットは、底部電極２８に関して鋭角に傾斜した複数の平行のルーバ又はスラットを具備する、図１に記載のものと似ている。図４ｂ及び４ｃを参照すると、ルーバは、ルーバ８６に関して複数のタブ９０及びルーバ８８に関して複数のタブ９２を有するために、一定の区域において除去された材料で、特別に配列されるのは明らかである。タブ９０は、それらの間に配置された空間９４を定義する。空間９４は、下部コース８８のタブ９２によって遮断又は遮蔽される。同様に、タブ９２はそれらの間に配置された空間９６を含む。これらの空間９６は、上部コース８２のタブ９０によって遮蔽される。従って、図４ａ、４ｂ、及び４ｃに記載の実施例は、これらのエッチング液及び他の処理ガスがウェーハに反応できるように、エッチング液及び図１ａに記載の上部チャンバから下部チャンバへの他の処理ガスの拡散のための複数のチャネルを有する堆積シールドを示す。
【００３９】
図４ｄに関して、これは第一及び第二のコース８２，８４を含む。第一のコース８２は、スラット８６，８７を含み、第二のコース８４はスラット８８，８９を含む。図１ｂに記載の実施例については、スラット８６は、やや左に向き、一方スラット８７はやや右に向く。さらに、スラット８８は、やや左を向き、一方スラット８９はやや右に向く。このような配置は、電力伝送窓３８への材料の堆積を防止するために有益である。
【００４０】
図４ａ及び４ｂに関して、シールド８０は、反応炉のチャンバにおいてその下のプラズマの形成に干渉しないために、窓に隣接して配置され、又は結合されることができ、及び窓の電力結合効果を低減又は除去しないために、窓への堆積保護を与えることができる。
【００４１】
上記図面１乃至４ｄは、本発明の有益なシールドの変形を示す。前記シールドは、磨耗にさらされること、及び一つ以上の反応炉の電極と同様に、交換できるように設計されていることが理解される。
【００４２】
上述のすべての実施例において、前記シールド、例えばシールド５０は、両方のプラズマの生成に影響を与えるために、様々な材料、例えば導体、及び非導体、例えば絶縁体を具備することができる。導体を含むシールド５０では、電極によって生成される電界は、シールドを通過しないので、電界は上部チャンバ５１において作られ、図１ａに記載の下部チャンバ５３では作られない。さらに、チャンバの圧力及び温度、並びに下部チャンバと比較した電極の周波数の調節は、発生されるプラズマに影響を与えるであろう。
【００４３】
図１ａに記載のシールドは、プラズマの生成を上部チャンバ５１に隔離することができる。このようなシールドの使用は、上部チャンバで発生した加圧イオン及び紫外線が、第二のチャンバにおけるチャックに固定されたウェーハに損傷を与えることを防ぐ。前記シールドは、上部チャンバ５１において発生するプラズマ生成を、底部チャンバ５３において発生するエッチングオペレーションから分離する。このような配列は、加圧イオン及び放射線、例えば紫外線からウェーハの損傷を防ぐために、プラズマ生成が、実際のエッチングサイトから離れて配置されることができるダウンストリームエッチング反応炉に類似する。
【００４４】
（図１ｂにおいて）窓３８に隣接して配置された導体シールド５０で、プラズマは、堆積シールド５０の下の主チャンバ５７において形成する。プラズマがシールドの下で形成されると、前記シールドは、プラズマの生成には干渉しない。従って、ウェーハ２６に関しては、プラズマ濃度（plasma density）を減らすことはできない。
【００４５】
導体シールドは、金属、例示にすぎないが、アルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、又はカーボン（グラファイト）又はカーボンを基礎として、グラファイトを含む化合物、またはウェーハを汚染しない他の導体を具備することができる。
【００４６】
代替的には、図１ａに記載のシールドは、前記第二のチャンバをプラズマから遮蔽する絶縁体を具備することができる。そのような絶縁シールドによって、反応炉は、ダウンストリーム・エッチャ（downstream etcher）として動作することができる。
【００４７】
さらに代替的には、図１ｂ及び１ｃに記載のシールドは、絶縁材料を具備することができる。さらに、図１ｂに記載された結合窓に隣接して配置された絶縁シールドは、図１ｃに記載された結合窓に結合されることができる。
【００４８】
絶縁シールドは、金属、例えばアルミナ、石英、シリコン、テフロン（登録商標）、デルリン、ナイロン、ポリイミド、及びカーボンを基礎とした化合物（プラスティック）及び他の有機材料を具備することができる。さらに、非有機支持構造（nonorganic support structure）は、シールドを形成するために、有機材料で覆われることができる。
【００４９】
シールドのいずれかが磨耗した場合には、いつでも前記シールドは新しいシールドと交換可能であることが理解される。
【００５０】
工業上の応用性
本発明は、ウェーハからの材料の堆積が、電極とともに使用される電力伝送ウィドウの効果、及びリアクタの効果を低減させ、又は除去しないことを確証するために、シールドを供給するためのものである。前記電極は、例えば反応炉のプラズマを生成するために使用されることができる。
【００５１】
本発明の他の特徴、特性及び目的は、図面及び特許請求の範囲を参照することによって得られる。
【００５２】
本発明及び特許請求の範囲の精神と範疇において、本発明の他の実施例が開発され、分類されることができることが理解される。
【図１ａ】
2010080972.tif 000003
【図１ｂ】
2010080972.tif 000004
【図１ｃ】
2010080972.tif 000005
【図２】
2010080972.tif 000006
【図３ａ】
2010080972.tif 000007
【図３ｂ】
2010080972.tif 000008
【図４ａ】
2010080972.tif 000009
【図４ｂ】
2010080972.tif 000010
【図４ｃ】
2010080972.tif 000011
【図４ｄ】
2010080972.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月28日(2009.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と；
反応チャンバと；
ウェーハを固定するよう適合され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；
前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドであって、前記電極からの電力伝送に著しく影響しないような方法で前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路を遮断する、前記シールドと
を具備することを特徴とする反応炉。
【請求項２】
前記電極は、誘導結合電極であることを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項３】
前記シールドは、複数のルーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項４】
前記シールドは、前記ウェーハからスパッタリングされた材料の前記電極へ向かう経路を遮断する、複数の重なり合うルーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項５】
前記シールドは、前記反応チャンバを、プラズマが生成される前記電極と関連した第一のチャンバと、ウェーハを固定するよう適合される前記チャックと関連した第二のチャンバとに分割することを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項６】
前記電極は、前記反応チャンバの最上部に配置される第一の電極であり；
前記チャンバの周縁部付近に配置され、前記周縁部を画定する第二の電極と；
前記チャンバの底部に配置され、及び前記チャックと関連した第三の電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項７】
前記シールドは、セラミック又は石英の一つで作られることを特徴とする請求項１に記載の反応炉。
【請求項８】
ウェーハ上の導電性フィルムをエッチングするために応用される請求項１に記載の反応炉。
【請求項９】
電極と；
反応チャンバと；
ウェーハを固定するよう適合され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；
前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路における反応チャンバに配置されるシールドであって、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路を遮断する、前記シールドと
を具備し、
前記シールドは複数の部材を含み、前記部材は、前記電極から前記ウェーハへの電力伝送が前記部材の間で可能となるよう離間されており、この電力伝送は見通し経路には従わず、前記部材は、前記ウェーハからスパッタリングされ前記電極へ向かう材料が前記部材を被覆するように、前記ウェーハと前記電極との間の見通し経路を遮断するように重なり合うことを特徴とする反応炉。
【請求項１０】
前記部材は、重なり合うルーバであることを特徴とする請求項９に記載の反応炉。
【請求項１１】
電極と；
電力伝送窓と；
反応チャンバであって、前記電力伝送窓が前記電極と前記反応チャンバとの間に配置される、前記反応チャンバと；
ウェーハを固定するよう適合され、前記反応チャンバに配置されるチャックと；
前記チャックと前記電力伝送窓との間に配置されるシールドであって、前記電力伝送窓に材料が堆積するのを防止する、前記シールドと
を具備し、
前記シールドは複数の部材を含み、前記部材は、前記電極から前記電力伝送窓を通って前記ウェーハへの電力伝送が前記部材の間で可能となるよう離間されており、この電力伝送は見通し経路には従わず、前記部材は、前記ウェーハからスパッタリングされ前記電極へ向かう材料が、前記電力伝送窓ではなく前記部材を被覆するように、前記ウェーハと前記電力伝送窓との間の見通し経路を遮断するように重なり合うことを特徴とする反応炉。
【請求項１２】
前記部材は、重なり合うルーバであることを特徴とする請求項１１に記載の反応炉。