(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバ側壁の温度を安定に維持するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】基板を処理するためのシステム１００は、下側チャンバ部分１０１を規定する下側チャンバ壁１０１ａおよび上側チャンバ部分１０２を規定する上側チャンバ壁１０２ａを有するチャンバを備える。シャワーヘッド１１２が、上側チャンバ部分１０２に配置されている。スペーサ２１２が、シャワーヘッド１１２と下側チャンバ部分１０１の下側チャンバ壁１０１ａとの間に配置される。スペーサ２１２は、垂直構成要素を備えた環状本体によって規定される。環状本体は、さらに、処理領域の外側に規定され、垂直構成要素から半径方向に突出した側方延長部２１８を備える。環状本体は、環状本体の垂直構成要素を囲むように側方延長部２１８に形成された溝２１４を備える。加熱素子２１６が、側方延長部２１８の溝２１４に埋め込まれている。【選択図】図１
2018137438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するためのシステムであって、
下側チャンバ部分を規定するチャンバ壁と、上側チャンバ部分とを有するチャンバであって、前記上側チャンバ部分はプラズマチャンバを有する、チャンバと、
前記上側チャンバ部分の前記プラズマチャンバと処理領域との間に配置されたシャワーヘッドと、
前記下側チャンバ部分に配置されたペデスタルであって、前記ペデスタルは、前記基板が存在する時の前記基板のための支持部を有し、前記ペデスタルの前記支持部は、前記処理領域が前記ペデスタルの前記支持部と前記シャワーヘッドとの間に規定されるように、前記シャワーヘッドの下に配置されるように構成されている、ペデスタルと、
前記シャワーヘッドと前記下側チャンバ部分の前記チャンバ壁との間に配置されたスペーサであって、
前記スペーサは、前記処理領域を囲む側壁を規定する垂直構成要素を備えた環状本体によって規定され、
前記環状本体は、前記処理領域の外側に規定された側方延長部を備え、前記側方延長部は、前記垂直構成要素から半径方向に突出し、
前記環状本体は、前記側方延長部に形成された溝を備え、前記溝は、前記環状本体の前記垂直構成要素を囲むように構成されている、スペーサと、
前記側方延長部の前記溝に埋め込まれた加熱素子と、
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記加熱素子は、第１端部で電源に接続され、第２端部で電気的接地に接続されている、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記加熱素子は、前記垂直構成要素が、前記処理領域を囲む前記側壁に、制御された熱プロファイルを与えるように、前記環状本体にわたって実質的に対称な分布で熱を伝導するように構成されている、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、前記溝は、前記側方延長部の上面の上に形成されている、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペーサの前記環状本体は、前記シャワーヘッドの外周に沿って前記シャワーヘッドに結合されている、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記処理領域の方を向いた前記垂直構成要素の前記側壁は、前記ペデスタルの前記支持部の外縁から離間されることで、それらの間にギャップを規定している、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記ギャップのサイズは、約０．２０インチ〜約０．５０インチ（約５．１ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）の間である、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、さらに、前記側方延長部の直上に前記環状本体の外部側壁に沿って規定された切り欠きを備え、前記切り欠きは、前記側方延長部上に規定された前記溝の近位にある、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、さらに、前記側方延長部の外部側壁から半径方向外向きに伸びるリップを備え、前記リップは、前記上側チャンバ部分のチャンバ壁の底部側に規定された延長リップの上部に載るように構成され、前記延長リップは、前記チャンバ壁の前記底部側から半径方向内向きに突出している、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記上側チャンバ部分の前記チャンバ壁は、前記スペーサの前記側方延長部を実質的に囲んでいる、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペーサの前記側方延長部は、前記下側チャンバ部分の前記チャンバ壁の上面に規定された溝に埋め込まれたＯ−リングの上部に載るように構成されている、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、前記環状本体は、
前記環状本体の上面に内径と近接して形成された第２溝と、
前記環状本体の前記上面に外径と近接して形成された第３溝と、
を備え、
Ｏ−リングが前記第２溝にはめ込まれ、高周波ガスケットが前記第３溝にはめ込まれている、システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、前記側方延長部に形成された前記溝は、両端の近位にある前記加熱素子の部分の重複を可能にするように構成されている、システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、前記加熱素子は、外部シェルに入れられており、前記外部シェルは、ステンレス鋼材料で製造されている、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペーサの前記垂直構成要素の厚さは、約１インチ〜約２インチ（約２５ｍｍ〜約５１ｍｍ）の間である、システム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペーサの前記垂直構成要素の高さは、約２．５インチ〜約４．５インチ（約６４ｍｍ〜約１１４ｍｍ）の間である、システム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記プラズマチャンバは、前記シャワーヘッドの直上に配置され、ガス化学物質を受け入れるためにリザーバに接続されており、電源に接続された少なくとも１つの加熱コイルが、前記プラズマチャンバの一部を囲むように前記プラズマチャンバの外壁に配置され、前記少なくとも１つの加熱コイルは、前記プラズマチャンバ内の前記ガス化学物質に熱を伝導するように構成されている、システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、前記プラズマチャンバは、中に配置された拡散器を備えており、前記拡散器は、前記リザーバに接続され、前記ガス化学物質を前記プラズマチャンバに供給するための噴射開口部を備える、システム。
【請求項１９】
基板を処理するためのチャンバであって、
下側チャンバ部分を規定する下側チャンバ壁および上側チャンバ部分を規定する上側チャンバ壁と、
前記上側チャンバ部分に配置されたシャワーヘッドと、
前記下側チャンバ部分に配置されたペデスタルであって、前記ペデスタルは、前記基板が存在する時の前記基板のための支持部を有し、前記ペデスタルの前記支持部は、処理領域が前記ペデスタルの前記支持部と前記シャワーヘッドとの間に規定されるように、前記シャワーヘッドの下に配置されるように構成されている、ペデスタルと、
前記シャワーヘッドと前記下側チャンバ壁との間に配置されたスペーサであって、
前記スペーサは、前記処理領域を囲む側壁を規定する垂直構成要素を備えた環状本体によって規定され、
前記環状本体は、前記処理領域の外側に規定された側方延長部を備え、前記側方延長部は、前記垂直構成要素から半径方向に突出し、
前記環状本体は、前記側方延長部に形成された溝を備え、前記溝は、前記環状本体の前記垂直構成要素を囲むように構成されている、スペーサと、
前記側方延長部の前記溝に埋め込まれた加熱素子と、
を備える、チャンバ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記加熱素子は、第１端部で電源に接続され、第２端部で電気的接地に接続されており、前記環状本体にわたって実質的に対称な分布で熱を伝導するように構成されている、チャンバ。
【請求項２１】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記溝は、前記側方延長部の上面に形成され、両端の近位にある前記加熱素子の部分の重複を可能にするように構成されている、チャンバ。
【請求項２２】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記スペーサの前記環状本体は、前記シャワーヘッドの外周に沿って前記シャワーヘッドの底面に結合されている、チャンバ。
【請求項２３】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記処理領域の方を向いた前記垂直構成要素の前記側壁は、前記ペデスタルの前記支持部の外縁から離間されることで、それらの間にギャップを規定しており、前記ギャップのサイズは、約０．２０インチ〜約０．５０インチ（約５．１ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）の間である、チャンバ。
【請求項２４】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記環状本体は、
前記環状本体の上面に内径と近接して形成された第２溝と、
前記環状本体の前記上面に外径と近接して形成された第３溝と、
を備え、
Ｏ−リングが前記第２溝にはめ込まれ、高周波ガスケットが前記第３溝にはめ込まれている、チャンバ。
【請求項２５】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記環状本体の前記側方延長部は、前記下側チャンバ壁の上部に載って、前記処理領域を実質的にシールするように構成されている、チャンバ。
【請求項２６】
請求項１９に記載のチャンバであって、さらに、前記側方延長部の直上に前記環状本体の外部側壁に沿って規定された切り欠きを備え、前記切り欠きは、前記側方延長部上に規定された前記溝の近位に形成される、チャンバ。
【請求項２７】
請求項１９に記載のチャンバであって、前記シャワーヘッドは、プラズマチャンバに接続されており、前記プラズマチャンバは前記チャンバとは別体であり、前記チャンバの外部にある、チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、半導体処理ツール内で用いられる構成要素に関し、特に、ウエハを処理するためのチャンバ内で用いられる温度制御されたスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを生成するために、半導体基板に様々な加工処理が施される。利用される処理は、特に、蒸着処理、エッチング処理、パターニング処理を含む。蒸着処理は、基板表面上に材料の膜または層を蒸着するために用いられる。当業者に周知の蒸着処理のいくつかは、特に、化学蒸着（ＣＶＤ−例えば、プラズマ強化ＣＶＤ）、物理蒸着、原子層蒸着、電気化学蒸着を含む。プラズマ強化ＣＶＤの場合、プラズマは、チャンバ内に規定された処理領域内でその場で生成されるか、または、遠隔で生成されて処理領域に供給される。後者の処理は、遠隔プラズマＣＶＤ（ＲＰＣＶＤ）と呼ばれる。ＣＶＤは、基板表面上に共形膜を蒸着するために用いられる。
【０００３】
加工処理の効果は、基板表面上に形成されたデバイスの品質およびデバイス歩留まりから測ることができ、デバイス歩留まりは、主にプラズマ粒子の性能に基づく。プラズマ粒子性能は、基板を処理するためにプラズマが受け入れられる領域（処理領域など）内の温度の関数である。したがって、プラズマ粒子性能は、室温からより高い値に処理領域内の表面温度を上げることによって高めることができ、最良の粒子性能は、一部の例においては、表面温度が約１２０℃〜１５０℃の間に達した時に起きる。処理領域内の表面温度は、いくつかの例を挙げると、上部にあるシャワーヘッド、処理領域を囲むチャンバの側壁、底部にある基板など、処理領域を取り囲む表面の各々の温度に基づいて異なる。いくつかの例において、チャンバの側壁は、（例えば、チャンバの上部に配置された）上部電極の一部であってよく、下部電極（例えば、ペデスタル）との結合インターフェースとして機能するように上部電極の周囲にスペーサを備えてよい。別の例において、チャンバの側壁は、下部電極の一部であってもよく、上部電極との結合インターフェースとして機能するように下部電極の周囲に配置されたスペーサを備えてよい。
【０００４】
現在、スペーサの側壁は、温度制御されておらず、スペーサの寸法はランダムである。不適切な寸法は、基板上に導入される粒子数の増加、不均一なガス流量、側壁上での望ましくないラジカル再結合反応、表面応力および蓄積による剥離などの問題を引き起こす。
【０００５】
本発明の実施形態は、このような課題に対処するものである。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の実施形態は、基板の表面に１または複数回の加工動作を実行するために用いられる処理チャンバ内で埋め込み型の高出力の管状加熱素子を備えたスペーサを利用することによって粒子性能を改善するための手段を提供するシステム、装置、および、方法を含む。管状加熱素子は、様々な加工処理中に処理チャンバ内で最適な温度プロファイルを提供するように、スペーサの内壁温度を理想的な温度に制御するために用いられる。スペーサの構造および寸法は、結果として、チャンバ内の熱伝導を改善し、シャワーヘッド、ペデスタル、および、スペーサの間のガス流プロファイルを滑らかにし、側壁上での反応ラジカルの再結合を減少させ、非均一性を低減し、蒸着速度を増大させ、全体として粒子性能を改善するように規定される。また、スペーサの構造および寸法は、スペーサからの熱損失を低減し、スペーサからスペーサが結合されたシャワーヘッドへの熱伝導を低減するように構成される。
【０００７】
一実施形態において、基板を処理するためのシステムが開示されている。システムは、下側チャンバ部分を規定するチャンバ壁と、上側チャンバ部分とを有するチャンバを備える。上側チャンバ部分は、プラズマチャンバを有する。シャワーヘッドが、上側チャンバ部分のプラズマチャンバと処理領域との間に配置されている。ペデスタルが、下側チャンバ部分に配置されている。ペデスタルは、基板が存在する時の基板のための支持部を有する。ペデスタルの支持部は、処理領域がペデスタルの支持部とシャワーヘッドとの間に規定されるように、シャワーヘッドの下方に配置されるように構成されている。スペーサが、シャワーヘッドと下側チャンバ部分のチャンバ壁との間に配置されている。スペーサは、垂直構成要素を備えた環状本体によって規定される。垂直構成要素は、処理領域を囲む側壁を規定する。環状本体は、さらに、処理領域の外側に規定された側方延長部を備える。側方延長部は、垂直構成要素から半径方向に突出する。環状本体は、側方延長部に形成された溝を備える。溝は、環状本体の垂直構成要素を囲むように構成されている。加熱素子が、側方延長部の溝に埋め込まれている。
【０００８】
別の実施形態において、基板を処理するためのチャンバが開示されている。チャンバは、下側チャンバ部分を規定する下側チャンバ壁および上側チャンバ部分を規定する上側チャンバ壁を備える。シャワーヘッドが、上側チャンバ部分に配置されている。ペデスタルが、下側チャンバ部分に配置されている。ペデスタルは、基板が存在する時の基板のための支持部を有する。ペデスタルの支持部は、処理領域がペデスタルの支持部とシャワーヘッドとの間に規定されるように、シャワーヘッドの下方に配置されるように構成されている。スペーサが、シャワーヘッドと下側チャンバ部分の下側チャンバ壁との間に配置される。スペーサは、垂直構成要素を備えた環状本体によって規定される。垂直構成要素は、処理領域を囲む側壁を規定する。環状本体は、さらに、処理領域の外側に規定された側方延長部を備える。側方延長部は、垂直構成要素から半径方向に突出する。環状本体は、側方延長部に形成された溝を備える。溝は、環状本体の垂直構成要素を囲むように構成されている。加熱素子が、側方延長部の溝に埋め込まれている。
【０００９】
本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施例において、ウエハに蒸着処理を実行するように構成されたシステム内に規定された処理領域を示す拡大切り欠き図。
【００１１】
【図２Ａ】一実施例において、システム内で用いられるスペーサの一部を示す断面図。
【００１２】
【図２Ｂ】一実施例において、様々な構成要素の位置を特定するスペーサの概略断面図。
【００１３】
【図２Ｃ】一実施例において、様々な構成要素を特定するスペーサの一部の切り欠き図。
【００１４】
【図３Ａ】一実施例において、基板を処理するために用いられるチャンバ内でペデスタルが離脱位置にあるシステムの簡略なブロック図。
【００１５】
【図３Ｂ】一実施例において、基板処理中のチャンバ内でペデスタルが処理位置にあるシステムの簡略なブロック図。
【００１６】
【図３Ｃ】一実施例において、スペーサ内に熱を放散させる加熱素子を示す図。
【００１７】
【図４】一実施形態において、システムの様々な構成要素を制御するために用いられる制御モジュールを示す簡略なブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。
【００１９】
本開示の実施形態は、半導体基板を処理するために用いられるシステムの様々な詳細を提供する。本実施形態は、処理、装置、システム、デバイス、または、方法など、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下に、いくつかの実施形態の例を記載する。
【００２０】
基板を処理するために用いられるシステムは、基板が加工動作（例えば、ＰＥＣＶＤ処理）を受ける処理チャンバ内に規定された処理領域にプラズマを供給するように構成される。一実施形態において、プラズマは、遠隔で生成され、シャワーヘッドを通して処理領域に供給される。別の実施形態において、プラズマは、処理領域内でその場で生成される。プラズマは、例えば、基板の上面に蒸着動作を実行するために用いられてよい。
【００２１】
基板を処理するために用いられるシステムは、上側チャンバ部分および下側チャンバ部分によって規定されるチャンバを備える。上側チャンバ部分は、プラズマを供給するように構成されたシャワーヘッドを備える。下側チャンバ部分は、処理中に基板に支持を提供するように構成されたペデスタルを備える。処理領域が、シャワーヘッドとペデスタルの支持面との間に規定されており、上部のシャワーヘッド、下部のペデスタルの支持面、および、チャンバの側壁によって囲まれている。蒸着処理中、処理領域に提供されたかまたは処理領域で生成されたプラズマは、プラズマに暴露される基板の表面上に薄膜層を蒸着するために用いられる。蒸着処理は、処理領域内の表面温度を理想的な範囲に維持することによって最適化できる。処理領域の表面温度は、処理領域を囲んで規定する様々な表面の温度に依存する。シャワーヘッド表面およびペデスタルの支持面の温度は、プラズマの温度から影響を受ける。チャンバの側壁の温度は、通常、より低い温（例えば、約４０℃〜５０℃の間）である。プラズマ粒子性能は、理想的な範囲（例えば、約８０℃〜約１５０℃の間）内の安定した値に側壁の温度を維持することによって改善できる。いくつかの実施形態において、理想的な温度範囲は、チャンバで用いられる化学物質のタイプに依存しうる。
【００２２】
スペーサが、シャワーヘッドの直下で、シャワーヘッドと下側チャンバ部分のチャンバ壁との間に配置される。スペーサは、環状の本体によって規定されており、垂直構成要素および側方延長部を含む。スペーサの垂直構成要素は、処理チャンバ内の処理領域を囲む側壁を規定する。側方延長部は、側方延長部が処理領域の外側に配置されるように、垂直構成要素から半径方向外向きに伸びている。スペーサの垂直構成要素は、シャワーヘッドの底面に取り付けられており、側方延長部は、下側チャンバ部分のチャンバ壁の上に載るように構成される。溝が、側方延長部の上面の上に規定されている。熱源に結合された加熱素子が、スペーサの溝の中に埋め込まれている。処理領域の側壁の表面温度は、加熱素子によってスペーサの垂直構成要素に供給される熱を制御することによって制御される。スペーサの側壁を最適な熱条件に維持する結果として、応力と蒸着の剥離が最小化され、プラズマ流のコンター（輪郭）が改善され、粒子性能が向上される。本発明の全体的な理解の下、ここで、様々な図面を参照しつつ、具体的な実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に従って、基板を処理するために用いられるシステム１００内のチャンバを示す簡略な断面図である。図１に示すチャンバは、どの時点でも単一の基板が処理される点で、単一ステーションチャンバである。
【００２４】
図１を参照すると、チャンバは、下側チャンバ部分１０１を規定するチャンバ壁１０１ａと、上側チャンバ部分１０２を規定するチャンバ壁１０２ａと、を備える。下側チャンバ部分１０１は、基板１０３が処理に向けてチャンバ内に受け入れられた時の基板１０３のための支持面を備えたペデスタル２０４を収容する。下側チャンバ部分１０１は、さらに、垂直軸に沿ってペデスタル２０４を移動させるための持ち上げメカニズム（図示せず）と、持ち上げメカニズムを動作させるための制御装置、システムの異なる構成要素に電力を供給するための制御装置など、システム１００の異なる構成要素を動作させるための設備および制御装置（図示せず）と、を備える。
【００２５】
上側チャンバ部分は、シャワーヘッド１１２を収容する。シャワーヘッド１１２は、ペデスタル２０４の支持面の上方に配置されて、それらの間に処理領域２３４を規定する。シャワーヘッド１１２は、処理領域２３４にプラズマを供給するために用いられる複数のノズル１１２ａを備える。一実施形態において、シャワーヘッド１１２の直上には、ガス化学物質を受け入れてプラズマを生成するように構成されたプラズマチャンバ１０４がある。プラズマチャンバ１０４は、ガス化学物質のリザーバ（１６１）などのガス源に結合されている。拡散器１０６の形態のガス流分配容器が、プラズマチャンバ１０４内に提供されている。拡散器１０６は、任意の数の形状を有してよい。図１に示す一実施形態において、拡散器１０６は、丸まった底部分および円筒形の上部分を有するカップ形部材を含む。拡散器は、ガス化学物質に暴露された時に、腐食に耐えることができる非導電材料で形成される。拡散器１０６は、プラズマチャンバ１０４に導入されているガス化学物質を拡散するために、複数の噴射開口部１８２を備える。いくつかの実施形態において、複数の噴射開口部１８２は、図１に示すように、カップ形部材の丸まった底部にある水平リングに沿って配置される。別の実施形態において、複数の噴射開口部１８２は、カップ形部材の全体にわたって配置される。
【００２６】
一実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、拡散器１０６が受け入れられる上部の狭いネック部分１０４ａと、狭いネック部分１０４ａの直下の円筒部分１０４ｂと、円筒部分１０４ｂの直下かつシャワーヘッド１１２の上面１１２ｂの上方の広い円筒部分１０４ｃとを備えた円錐状の形態に形成されている。
【００２７】
１または複数のコイル１０８（図１に示す１０８ａ、１０８ｂ）が、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの一部を囲むように配置される。コイル１０８は、エネルギ源１１０に接続されており、エネルギ源１１０は、コイル１０８に電力を供給する。プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂに受け入れられたガス化学物質をイオン化してプラズマを生成するために、エネルギ源１１０によって供給された電場が、コイル１０８によって印加される。生成されたプラズマは、シャワーヘッド１１２のノズル１１２ａを通して基板に印加された時に基板１０３の表面上に材料の層を蒸着するために用いられる電子、イオン、および、反応性ラジカルなどの反応種を含む。
【００２８】
スペーサ２１２が、シャワーヘッド１１２の直下で、シャワーヘッド１１２と下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａとの間に配置される。スペーサ２１２は、ペデスタル２０４と向かい合うシャワーヘッド１１２の底面上に外周に沿って配置された環状の本体を備える。一実施形態において、スペーサ２１２は、機械的な手段を用いてシャワーヘッド１１２の底面に取り付けられる。別の実施形態において、スペーサ２１２は、非機械的な手段を用いてシャワーヘッド１１２の底面に取り付けられる。処理領域２３４の方を向くスペーサ２１２の環状本体の側壁２１２ａが、内部側壁を規定する。スペーサ２１２は、側方延長部２１８が処理領域２３４の外側に形成されるようにスペーサ２１２の環状本体の側壁２１２ａから半径方向外向きに伸びる側方延長部２１８を備える。一実施形態において、側方延長部２１８は、スペーサ２１２の中央領域から外向きに伸びる。別の実施形態において、側方延長部２１８は、スペーサ２１２の上部領域または底部領域から外向きに伸びてもよい。側方延長部２１８は、上側チャンバ部分１０２が下げられた時に、チャンバの下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａの上に載るように構成される。一実施形態では、溝２３０が、下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａの上面の上に規定される。一実施形態では、Ｏ−リング２３１の一部が溝２３０の外側に伸びるように、Ｏ−リング２３１が溝２３０にはめ込まれる。Ｏ−リング２３１は、側方延長部２１８が下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａ上に載った時にスペーサ２１２の側方延長部２１８がＯ−リング２３１を押し下げることを可能にすることによって、上側チャンバ部分が下げられた時に処理領域２３４を密閉するために用いられる。
【００２９】
溝２１４が、スペーサ２１２の側方延長部２１８の上面の上に形成されている。溝２１４は、スペーサ２１２の環状本体の側壁２１２ａを囲むように構成される。加熱素子２１６が、溝２１４に埋め込まれる。加熱素子２１６は、一実施形態において、スペーサ２１２に熱を供給するために第１端部で電源に接続されており、第２端部で電気的接地に接続されている。加熱素子２１６からの熱は、スペーサ２１２の側壁２１２ａを加熱することで処理領域２３４内で最適な熱条件を維持するために用いられる。別の実施例において、加熱素子２１６の第２端部は、電気的接地２５９に接続される代わりに、ＡＣ相接続に接続されてもよい。別の実施形態において、加熱素子２１６の第１端部は第１交流電流（ＡＣ）相接続に接続されてもよく、加熱素子２１６の第２端部は第２ＡＣ相接続に接続されてもよい。さらに別の実施形態において、加熱素子２１６の第２端部は中性相に接続されてもよく、その時、第１端部はＡＣ相接続に接続される。加熱素子２１６の第１および／または第２端部がＡＣ相接続に接続される実施形態の各々で、ＡＣラインフィルタが、電源と加熱素子２１６との間の伝導高周波（電磁干渉（ＥＭＩ）としても知られる）を減衰させるために、ＡＣ相接続と加熱素子２１６との間に提供されてよい。
【００３０】
ここで、上側チャンバ部分内の様々な構成要素の詳細について説明する。一実施形態では、上側チャンバ部分１０２のチャンバ壁１０２ａの底部が、スペーサ２１２の側方延長部２１８を実質的に囲んでいる。チャンバ壁１０２ａの底部は、チャンバ壁１０２ａの底部から処理領域２３４に向かって半径方向内向きに突出する延長リップ１０２ｂを備える。延長リップ１０２ｂは、スペーサ２１２の側方延長部２１８の一部の下に到達することでスペーサ２１２を実質的に支持して、上側チャンバ部分１０２が下側チャンバ部分１０１から離された時に上側チャンバ部分１０２と共にスペーサ２１２を持ち上げることを可能にする。窓１０７が、チャンバ内外への基板１０３の移動を妨げない位置で、下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａに規定されている。
【００３１】
図１に示した実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、上側チャンバ部分１０２内に含まれ、シャワーヘッド１１２の直上に配置される。別の実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、システム１００のシャワーヘッド１１２に接続された独立型のモジュールであってもよい。かかる実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、プラズマチャンバ１０４で実行される蒸着動作中に材料の薄層が基板１０３の表面上に蒸着されうるように、プラズマを遠隔で（すなわち、処理領域から離れて）生成し、処理領域２３４に供給するように構成される。プラズマチャンバ１０４は、蒸着動作の実行に関与するシステムでの利用に制限されず、プラズマエッチング、プラズマス剥離またはアッシング、スパッタリング、プラズマ溶射など、その他のプラズマ加工動作を実行するために用いられるその他のシステムで利用されてもよい。
【００３２】
基板１０３は、比較的純粋なシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、または、半導体産業で通例用いられるその他の半導体材料、もしくは、ゲルマニウム、炭素などの１または複数の追加の元素と混合されたシリコンで形成されてよい。一実施形態において、基板１０３は、他の半導体加工処理で以前に蒸着された層を有する半導体基板であってよい。別の実施形態において、基板１０３は、プラズマ処理を施されてよい構成要素（ガラス、セラミック、または、金属のシートなど）であってもよい。
【００３３】
上述のように、プラズマチャンバ１０４は、狭いネック部分１０４ａと、円錐部分１０４ｂと、円筒部分１０４ｃと、１または複数のコイル１０８と、エネルギ源１１０と、ガス流分配容器として機能する拡散器１０６と、を備える。
【００３４】
プラズマチャンバ１０４は、例えば、プラズマ（例えば、電子、イオン、反応性ラジカルなどの種）を生成するために、ガス化学物質を受け入れて電場を印加することで、ガス化学物質をイオン化するように構成されている。代表的な実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、電場を強化できる材料で製造される。例えば、プラズマチャンバ１０４は、誘電材料で製造されてよい。一実施形態において、プラズマチャンバ１０４の狭いネック部分１０４ａは、プラズマチャンバ１０４の上部に規定され、プラズマチャンバ１０４にガス化学物質を供給するガス源（リザーバ１６１など）に接続される。拡散器１０６は、プラズマチャンバ１０４内で狭いネック部分１０４ａに規定される。拡散器１０６は、複数の噴射開口部１８２を備えており、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂにガス化学物質を導入するように構成される。円錐部分１０４ｂは、プラズマチャンバ１０４の狭いネック部分１０４ａの下から外向きに広がっており、プラズマを生成するように構成される。
【００３５】
円錐部分１０４ｂの側壁は、プラズマを生成するのに適すると共にコイル１０８によって生成された電場と干渉しないのに十分な厚さを有する。円筒部分１０４ｃは、円錐部分１０４ｂの直下に伸びており、プラズマがシャワーヘッド１１２を介して処理領域２３４に導入される前に、生成されたプラズマを閉じ込めるように構成されている。プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂ、円筒部分１０４ｃ、および、側壁は、シャワーヘッド１１２に向かってプラズマを方向付けるような形状を有する。一実施形態において、プラズマチャンバ１０４の異なる部分の側壁は、プラズマチャンバ１０４の軸長に沿って様々な厚さを有する。別の代表的な実施形態において、プラズマチャンバ１０４の異なる部分の側壁は、プラズマチャンバ１０４の軸長に沿って実質的に一様な厚さを有する。
【００３６】
一実施形態において、円錐部分１０４ｂの側壁は、その軸長に沿って変化する。本発明の代表的な実施形態によれば、プラズマチャンバ１０４の様々な部分（狭いネック部分１０４ａ、円錐部分１０４ｂ、および、円筒部分１０４ｃ）の軸長は、互いに実質的に等しくない。例えば、狭いネック部分１０４ａは、プラズマチャンバ１０４へ導入されたガスを安定させるのに十分であるが、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂへのガス流を妨げるほどは長くない軸長を有する。円錐部分１０４ｂの軸長は、円筒部分１０４ｃより長くてよい。一実施形態において、狭いネック部分１０４ａの軸長は、円錐部分１０４ｂおよび円筒部分１０４ｃより短い。円筒部分１０４ｃの軸長は、円錐部分１０４ｂより短い。別の実施形態において、狭いネック部分１０４ａ、円錐部分１０４ｂ、および、円筒部分１０４ｃの軸長は、周りの構成要素の特定のサイズに応じて、より長くまたはより短くてもよい。さらに別の実施形態において、狭いネック部分１０４ａ、円錐部分１０４ｂ、および、円筒部分１０４ｃの軸長は、等しくてもよい。
【００３７】
一実施形態において、狭いネック部分１０４ａの直径は、実質的に一様である。一実施形態において、円錐部分１０４ｂの直径は、狭いネック部分１０４ａから円筒部分１０４ｃへ向かって増加しており、円筒部分１０４ｃの直径は、実質的に一様であり、少なくとも処理領域２３４の直径を覆うサイズである。別の実施形態において、プラズマチャンバ１０４は、狭いネック部分１０４ａを備えなくてもよい。
【００３８】
一実施形態において、シャワーヘッド１１２は、プレート状の構成を有し、処理領域２３４へプラズマを導入するために底面に沿って配置された複数のノズル１１２ａを備えてよい。いくつかの実施形態において、ノズル１１２ａは、シャワーヘッド１１２の底面全体にわたって一様に配分される。別の実施形態において、ノズル１１２ａは、底面の１つの部分に一様に配分されてもよい。例えば、基板１０３の所望の部分のみがプラズマ処理を受ける実施形態において、ノズル１１２ａは、所望の部分のサイズに対応するシャワーヘッド１１２の底面上に配分される。いくつかの実施形態において、シャワーヘッド１１２の直径は、基板１０３の直径と少なくとも同じ大きさであってよい。別の代表的な実施形態において、シャワーヘッド１１２の直径は、基板１０３の直径よりも小さいかまたは大きくてもよい。
【００３９】
コイル１０８は、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂを囲むようにその外側に配置されている。コイル１０８によって提供される電場は、プラズマチャンバ１０４内でプラズマを生成するのに十分である。コイル１０８は、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂを通して流れるガス化学物質に電場を提供するために、エネルギ源１１０に接続される。代表的な実施形態において、コイル１０８は、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの周囲に１回巻き付けられた導電材料（銅など）製の単一の部材である。別の実施形態では、コイル１０８は、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの周囲に２回巻き付けられる。この実施形態では、コイル１０８の第１端部がエネルギ源１１０に電気接続され、第２端部が電気的接地１５９に接続されており、１本のコイル１０８が、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの周囲に２回巻き付けられる（コイル１０８の１０８ａ、１０８ｂの部分）。いくつかの実施形態において、第２巻回は、第１巻回の上または下にあってよい。いくつかの実施形態において、キャパシタ１５８が、コイル１０８の第２端部と電気的接地１５９との間に配置されてよい。円錐部分１０４ｂの形状により、第１巻回の直径は、第１巻回が第２巻回の下にあるかまたは上にあるかに応じて、第２巻回の直径よりも大きいかまたは小さい。別の実施形態において、円錐部分１０４ｂの周囲にコイル１０８を２回巻き付ける代わりに、各コイル（１０８ａ、１０８ｂ）がプラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの周囲に１または複数回巻き付けられるように、２つのコイル１０８ａ、１０８ｂが配置されてもよい。単一のコイルの場合と同様に、２つのコイル１０８ａ、１０８ｂの各々の第１端部がエネルギ源１１０に接続され、第２端部が電気的接地１５９に接続される。
【００４０】
プラズマは、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂで生成され、エネルギ源に接続されたコイル１０８の第１端部は、コイル１０８の長さに沿った他のどの部分よりも多くのエネルギをガス化学物質に放散させるので、プラズマ密度は、コイル１０８の第１端部に最も近い領域で最大になる。コイル１０８が円錐部分１０４ｂの周囲に２回巻き付けられている場合、プラズマは、第１巻回１０８ａがコイル１０８の第２巻回１０８ｂよりも多くのエネルギをエネルギ源からガス化学物質へ放散させるので、コイル１０８の第１巻回１０８ａの最も近くで生成される。さらなる巻回（たとえば、１０８ｂ）から放散されたエネルギは、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂ内で生成されたプラズマの均一性を高めるために用いられてよい。図１に示した実施形態において、プラズマチャンバ１０４のプラズマ発生領域は、円錐形の構造として表されているが、ドーム形の構造、立方体の構造など、その他の形状が用いられてもよい。ドーム形または立方体の構造の場合には、狭いネック部１０４ａはなくてもよい。
【００４１】
一実施形態において、エネルギ源１１０は、電場を形成するためにコイル１０８にエネルギを供給できる高周波（ＲＦ）電圧源またはその他の電源であってよい。代表的な実施形態において、エネルギ源１１０は、所望の周波数（例えば、約０．２ＭＨｚ〜約２０．０ＭＨｚの間の周波数範囲）で動作できるＲＦ発生器１５２を備える。代表的な実施形態において、エネルギ源１１０は、ＲＦ発生器１５２とコイル１０８との間に配置された整合回路網１５４を備えてよい。整合回路網１５４は、ＲＦ発生器１５２のインピーダンスをコイル１０８のインピーダンスに整合させるように構成されたインピーダンス整合回路網であってよい。
【００４２】
一実施形態において、キャパシタ１５８が、コイル１０８を通る電圧流を制限するために、コイルの第２端部と電気的接地１５９との間に備えられる。これに関して、キャパシタ１５８は、コイル１０８を通る電圧流を閾値電圧まで制限する静電容量を有するように選択される。一例において、キャパシタ１５８は、コイル１０８を通る電圧流を初期電圧入力の約５０％まで削減できるように選択されてよい。電気的接地のより近くにキャパシタ１５８を配置することにより、エネルギ源１１０とコイル１０８の第１端部との間に、または、コイル１０８の第１端部と第２端部との間のどこかに、１または複数のキャパシタを備えるのと対照的に、より低い電圧を用いて、プラズマ発生領域（すなわち、円錐部分１０４ｂ）においてプラズマを形成することができる。コイル１０８が配置されるプラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂの周りの位置、および、巻回数は、円錐部分１０４ｂ内で生成されるプラズマの密度および均一性を最適化するように規定される。
【００４３】
リザーバ１６１から受けたガス化学物質は、プラズマチャンバ１０４への導入の前に、拡散器１０６を用いて拡散されてよい。拡散器１０６は、独特な形状を有してよい。上述したように、一実施形態において、拡散器１０６は、丸まった底部（すなわち、カップ形の部分）および円筒形の上部分を有し、ガス化学物質に暴露された時に腐食に耐えることができる非導電材料で製造されてよい。拡散器１０６に適切な材料は、例えば、石英などの誘電材料を含む。拡散器１０６の円筒形の上部分は、リザーバに接続された開口端を有してよく、リザーバから、ガス化学物質が受け入れられて蓄えられる。拡散器１０６の円筒形の上部分の外径は、拡散器１０６が狭いネック部分１０４ａ内に容易に受け入れられることができるように、プラズマチャンバ１０４の狭いネック部分１０４ａの内径より小さくてよい。拡散器１０６全体にわたってまたはカップ形の底部部分に放射状に分配された噴射開口部１８２は、リザーバからプラズマチャンバ１０４へのガス化学物質の均一な分配を可能にする。ガス化学物質をプラズマチャンバ１０４に噴射する方法は、噴射開口部の数、噴射開口部の位置、噴射開口部のサイズ、拡散器の外面に対する噴射開口部の形成方向、拡散器の寸法などによって制御されてよい。一実施形態では、約３０〜４０の噴射開口部１８２が、プラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂ内へ実質的に均一にガス化学物質を噴射するように、丸まった底部分に沿って放射状に均等に分配される。一例において、噴射開口部１８２は、カップ形の底部分の放射断面に沿って均等に離間されていない。別の実施形態において、より多くまたはより少ない噴射開口部１８２が、拡散器１０６の半径方向軸または縦軸に沿って備えられてもよい。
【００４４】
エネルギ源１１０がコイル１０８にエネルギを供給すると、コイル１０８によって囲まれたプラズマチャンバ１０４の円錐部分１０４ｂで、電場が形成される。電場は、円錐部分１０４ｂを通して流れるガス化学物質をイオン化して、プラズマを形成する。プラズマは、イオン、電子、中性種、励起種、反応性ラジカル、解離ラジカル、および、ガス化学物質が電場内を流れた時に生成されうる任意の他の種、を含みうるがこれらに限定されない。次いで、イオン化したガスは、プラズマチャンバ１０４の円筒部分１０４ｃと一体化されたシャワーヘッド１１２のノズル１１２ａを通してチャンバの処理領域２３４へ分配される。
【００４５】
スペーサ２１２が、シャワーヘッド１１２の直下に配置されている。スペーサ２１２は、シャワーヘッド１１２の底面の外周に沿って方向付けられた環状の本体を備える。環状の本体は、垂直構成要素および側方延長部２１８を備える。垂直構成要素２１２ｅは、処理領域２３４を囲む内部側壁を規定する。したがって、スペーサ２１２の垂直構成要素の側壁２１２ａは、処理領域２３４の内壁を形成する。スペーサ２１２の側方延長部２１８は、下側チャンバ部分１０１のチャンバ壁１０１ａの上に載るように構成されている。Ｏ−リング（図１Ａの２３１）がはめ込まれた溝（図１Ａの２３０）が、チャンバ壁１０１ａの上面の上に規定されている。したがって、スペーサ２１２の側方延長部２１８がチャンバ壁１０１ａの上部に載っている時、側方延長部２１８は、Ｏ−リング２３１を押し下げて、処理領域２３４を実質的にシールする。別の実施形態において、処理領域２３４は、真空シールを用いてシールされてもよい。かかる実施形態では、チャンバ壁１０１ａの上面の上に、溝２３０が形成されなくてよい。
【００４６】
スペーサ２１２の垂直構成要素は、スペーサ２１２の内部側壁２１２ａと、下側チャンバ部分１０１に配置されたペデスタル２０４の支持部の外縁との間に、ギャップ２３２を規定するように配置される。ギャップ２３２は、下側チャンバ部分１０１に規定されたドレーン（図示せず）に向かって処理領域２３４からギャップ２３２を通してガス化学物質が流れ出ることを可能にするように規定される。いくつかの実施形態において、ギャップ２３２は、ペデスタルが処理位置にある時に、約０．２０インチ〜約０．５インチ（約５．１ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）の間にある。特定の実施形態において、ギャップ２３２は、約０．３５インチ（約８．９ｍｍ）の間である。
【００４７】
加熱素子が、スペーサ２１２の側方延長部２１８の上面の上に提供されている。加熱素子２１６の第１端部は、スペーサ２１２を加熱するための電力を供給する電源に接続されており、加熱素子２１６の第２端部は、電気的に接地されている。スペーサ２１２を加熱すると、処理領域内の表面温度を最適なレベルに維持することが可能になる。スペーサの形状および様々な構成要素の詳細については、図２Ａ〜図２Ｃを参照して詳述する。
【００４８】
図１は、いくつかの構成要素を備えるプラズマチャンバ１０４の一実施形態を示しているが、さらなる構成要素または図１に示したのと異なる形状の構成要素が代わりに用いられてもよいことがわかる。あるいは、プラズマチャンバ１０４は、遠隔で生成されたプラズマを処理領域２３４に供給するためにシャワーヘッド１１２に接続された独立型のチャンバであってもよい。
【００４９】
図２Ａは、一実施形態において、システムで用いられるスペーサの一例２１２を示す拡大図である。スペーサ２１２の側方延長部２１８の上面は、加熱素子２１６を収容するための溝２１４を備える。溝２１４に受け入れられた加熱素子２１６の第１端部は、スペーサ２１２に熱を供給するために電源２５８に接続され、第２端部は、電気的接地２５９に接続されている。いくつかの実施形態において、溝２１４は、図に示すように、加熱素子２１６の両側の端部付近の部分２１６ａが重複するように構成される。加熱素子２１６は、コイルであり、加熱素子２１６の重複部分２１６ａの量は、加熱素子２１６に加えられた温度がスペーサの異なる部分に不均一な加熱を引き起こさないように規定される。いくつかの実施形態では、スペーサ２１２の垂直構成要素に加えられる温度の均一性を保証するために、重複部分２１６ａ付近の領域にあるスペーサ２１２の部分の任意の温度上昇が加熱素子２１６から外への熱の損失を実質的に補償するように、加熱素子２１６に加えられる温度が制御され、重複部分２１６ａの量が規定される。一実施形態において、加熱素子２１６は、レジスタコイルである。いくつかの実施形態において、加熱素子２１６は、外部シェルに入れられている。いくつかの実施形態において、シェルは、ステンレス鋼材料で製造される。
【００５０】
スペーサ２１２の上面２１２ｃは、内側リップ２２４を備える。内側リップ２２４は、ライナを支持するために用いられる。側方延長部２１８の外壁は、外側リップ２２６を備える。外側リップ２２６は、スペーサ２１２を上側チャンバ部分１０２と共に持ち上げることができるように、上側チャンバ部分１０２のチャンバ壁１０２ａの底部に規定された延長リップの上部にスペーサ２１２を載せるために用いられる。
【００５１】
一実施形態において、図２Ｂは、システムで用いられるスペーサ２１２の拡大概略図を示し、図２Ｃは、スペーサの一部の拡大切り欠き図を示す。図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃで共通の構成要素には、同じ符号を用いる。図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃを同時に参照すると、スペーサ２１２の側壁２１２ａの垂直構成要素が、処理領域２３４の内側を覆っている。溝２１４が、処理領域２３４から半径方向に離れるように伸びるスペーサ２１２の側方延長部２１８の上面２１８ａに規定されており、それにより、溝２１４に埋め込まれた加熱素子２１６は、スペーサ２１２の内の処理領域２３４の外側の部分にある。
【００５２】
スペーサ２１２は、導電材料で製造される。実施形態の一例において、導電材料は、アルミニウムである。導電材料は、アルミニウムに限定されず、処理チャンバ内の環境をもたらすその他の導電材料を含んでもよい。一実施形態において、スペーサ２１２の垂直構成要素によって規定された側壁２１２ａは、起伏のあるすなわち粗くなるように設計される。一実施形態において、側壁２１２ａは、約１０〜約２０マイクロインチ（約０．２５μｍ〜約０．５１μｍ）の間の範囲の粗さ係数を有するように規定される。一実施形態の例において、粗さ係数は、約１６マイクロインチ（約０．４１μｍ）である。スペーサ２１２の側壁２１２ａの粗さを保つことが、チャンバ内の粒子性能を改善する。例えば、スペーサ２１２の粗い側壁２１２ａは、粒子が側壁２１２ａに付着して、容易に剥がれないようにする。
【００５３】
スペーサ２１２は、別のリングを受け入れるために、さらなる溝を備える。例えば、第２溝２２０が、スペーサ２１２の環状本体の上面２１２ｃで内径に近接して配置される。Ｏ−リングが、第２溝２２０にはめ込まれる。第２溝２２０内のＯ−リングは、スペーサ２１２をシャワーヘッド１１２に緊密に結合させるために用いられる。第３溝２２２が、スペーサ２１２の環状本体の上面２１２ｃで外径に近接して配置される。高周波（ＲＦ）ガスケットが、第３溝２２２内に配置される。ＲＦガスケットは、スペーサ２１２を電気的に接地するために用いられる。内側リップ２２４が、スペーサ２１２の上面２１２ｃの内側に形成される。一実施形態において、内側リップ２２４は、ライナを支持するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、内側リップ２２４は、様々な材料のライナを支持するために用いられてよく、様々表面処理が、ライナの効果を試験するために実行されてよい。
【００５４】
外側リップ２２６が、スペーサ２１２の側方延長部２１８の外壁に沿って形成されている。外側リップ２２６は、上側チャンバ部分１０２と共にスペーサ２１２を持ち上げるために用いられてよい。例えば、上側チャンバ部分１０２のチャンバ壁１０２ａの底部が、スペーサ２１２の側方延長部２１８を実質的に囲むように設計される。延長リップ１０２ｂが、チャンバ壁１０２ａの底部に規定される。延長リップ１０２ｂは、スペーサ２１２の外壁上に形成された外側リップ２２６の下に伸びるように、半径方向内向きにチャンバ壁１０２ａの底部側から処理領域２３４に向かって突出する。上側チャンバ部分１０２が持ち上げられる時に、延長リップ１０２ｂの上に載ったスペーサ２１２の外側リップ２２６は、上側チャンバ部分１０２の他の構成要素と共にスペーサ２１２を持ち上げるように機能する。このことから、外側リップ２２６は、「持ち上げリップ」と呼ばれてもよい。スペーサ２１２の外部側壁２１２ｂにリップ（すなわち、外側リップ２２６）を規定することで、用いられる材料の量を削減し、それによって、スペーサの総重量およびコストを（用いられる材料の削減により）削減する。さらに、外側リップ２２６は、より小さい表面積を提供し、それによって、外部に失われる熱の量を削減する。
【００５５】
一実施形態において、スペーサ２１２は、固定メカニズムを用いて、上側チャンバ部分１０２に固定される。実施形態の一例において、固定メカニズムは、ネジを含んでよい。上述の固定メカニズムは、一例にすぎず、その他のタイプの固定メカニズムが用いられてもよいことに注意されたい。
【００５６】
一実施形態において、切り欠き２２８が、側方延長部２１８の直上でスペーサ２１２の外部側壁２１２ｂに沿って規定されている。この実施形態において、切り欠き２２８は、側方延長部２１８よりも上にある外部側壁２１２ｂの部分に規定され、スペーサ２１２の外部側壁２１２ｂの側方延長部２１８よりも下にある部分には規定されない。別の実施形態において、さらなる切り欠きが、側方延長部２１８よりも下の部分、側方延長部２１８よりも上の部分など、外部側壁２１２ｂ上に規定されてもよい。一実施形態において、切り欠き２２８は、加熱素子２１６が埋め込まれた溝２１４の近位に規定される。切り欠き２２８は、スペーサ２１２の垂直構成要素の長さおよび幅に沿って均一な温度が提供されるように、スペーサ２１２の垂直構成要素に提供される温度を制御するように機能する。さらに、切り欠き２２８は、上側チャンバ部分１０２内でスペーサ２１２からシャワーヘッド１１２への熱伝導を最小化する。
【００５７】
一実施形態において、加熱素子２１６に接続された電源２５８が、加熱素子２１６に熱を供給するように構成されており、次いで、加熱素子２１６は、加工動作中、スペーサ２１２の側壁２１２ａを理想的な範囲の安定した温度に維持するために、スペーサ２１２の垂直構成要素に熱を供給する。一実施形態において、電源２５８は、少なくとも約４Ｋｗの電力を生成するために約２００ボルトの電力を供給するように構成される。
【００５８】
一実施形態において、電源２５８は、制御モジュールが、加熱素子２１６に印加される電力を制御することによって、スペーサ２１２の垂直構成要素（すなわち、側壁２１２ａ）の温度を制御できるように、制御モジュール（図４に示したものなど）に接続される。一実施形態において、熱センサ（図示せず）が、スペーサ２１２の垂直構成要素によって規定された側壁２１２ａの温度を検知するために、スペーサ２１２に提供される。熱センサは、熱センサによって検知された温度が制御モジュールにフィードバックされるように、制御モジュールに接続される。制御モジュールは、熱センサからのフィードバックを用いて、加熱素子２１６に印加される電力を増減させる必要があるか否かを判定する。例えば、熱センサによって検知された温度が高い場合、制御モジュールは、加熱素子２１６に供給される電力を削減または停止してよい。あるいは、検知された温度が低い場合、制御モジュールは、加熱素子２１６に供給される電力を増加させるための信号を電源に送信してよい。これにより、加熱素子２１６は、スペーサ２１２の側壁２１２ａを理想的な範囲の安定した温度に維持できる。
【００５９】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態において、システム１００に規定されたチャンバ内のペデスタル２０４の相対位置を示す簡略なブロック図である。チャンバが全く加工動作に用いられていない時、ペデスタル２０４は、図３Ａに示すように、離脱位置にある。離脱位置では、チャンバ内のスペーサ２１２の垂直構成要素の底面２１２ｄが、ペデスタル２０４の上面の上方かつその外側にあり、その結果、ペデスタル２０４の支持面の外縁とスペーサ２１２の側壁２１２ａとの間のギャップ２３２が大きくなる。図３Ａは、ペデスタル２０４が離脱位置にある時の、ペデスタル２０４の支持面の外縁とスペーサ２１２の側壁２１２ａとの間のギャップを示している。
【００６０】
加工動作が処理チャンバで実行される時、ペデスタル２０４は、持ち上げメカニズムを作動させることによって処理位置まで上げられる。ペデスタル２０４の上方移動は、ペデスタル２０４の支持面が、スペーサ２１２の垂直構成要素の底面２１２ｄより下にある状態から、スペーサ２１２の底面２１２ｄと一列に並ぶかまたは少し上方にある状態へと移行させる。ペデスタル２０４の上方移動の量および処理位置は、いくつかの実施形態において、基板になされる処理のタイプ、および、その処理タイプに対する処理条件の要件に依存しうる。例えば、異なる処理は、ギャップおよびチャンバ壁を通して失われるあらゆる熱を最小化するために、処理領域内で異なるタイプの温度制御を必要とする。処理位置では、ペデスタル２０４の支持面の外縁とスペーサ２１２の側壁２１２ａとの間のギャップ２３２は狭くなる。図３Ｂは、ペデスタル２０４が処理位置にある実施形態の一例を示している。さらに、処理位置において、ペデスタル２０４の支持面は、スペーサ２１２の底面２１２ｄよりも高い位置にある。
【００６１】
図２Ｃに戻ると、スペーサ２１２の寸法（例えば、高さ、幅、内径、外径など）が、処理領域２３４内で最適なプラズマ処理を提供するために考慮すべき重要な側面である。例えば、スペーサ２１２の垂直構成要素によって規定された側壁２１２ａは、実質的に処理領域２３４の長さに及ぶような高さ「ｈ１」、および、処理ガスが処理領域２３４から流れ出ることを可能にするようにペデスタル２０４の支持面と垂直構成要素の側壁２１２ａとの間のギャップを規定するような厚さ「ｄ１」に広がる。一実施形態において、スペーサ２１２の高さｈ１は、ペデスタル２０４が処理位置にある時に、スペーサ２１２の垂直構成要素の底面がペデスタル２０４の上面より下に広がるように規定される。
【００６２】
一実施形態において、スペーサ２１２の側壁２１２ａの高さｈ１は、約３．０インチ〜約４．０インチ（約７６ｍｍ〜約１０２ｍｍ）の間である。実施形態の一例において、スペーサ２１２の側壁２１２ａの高さｈ１は、約３．４インチ（約８６ｍｍ）である。一実施形態において、スペーサ２１２の垂直構成要素の底部の厚さｄ１は、約１インチ〜約２インチ（約２５ｍｍ〜約５１ｍｍ）の間である。別の実施形態において、スペーサ２１２の底部の厚さは、約１．２インチ〜約１．６インチ（約３０ｍｍ〜約４１ｍｍ）の間である。或る実施形態の例において、スペーサ２１２の厚さは、約１．３インチ（約３３ｍｍ）である。一実施形態では、約０．２０インチ〜約０．５０インチ（約５．１ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）の間のギャップ２３２が、スペーサ２１２の内部側壁とペデスタル２０４の支持面の外縁との間に規定される。別の実施形態において、ギャップ２３２は、約０．３５インチ（約８．９ｍｍ）である。
【００６３】
図３Ｃは、実施形態の一例において、スペーサ２１２内の加熱素子２１６からの熱の放散を示す。スペーサ２１２のバルク内の熱の放散のよりよい理解を提供するために、チャンバの一部のみを図示している。電源２５８によって供給される熱は、加熱素子２１６によってスペーサ２１２のバルクに向かって半径方向外向きに伝達される。側方延長部２１８に存在するスペーサ２１２の表面積が最小であることから、加熱素子２１６からの熱の大部分は、スペーサ２１２の垂直構成要素（２１２ｅ）へ方向付けられる。結果として、熱は、同心の弧の方向に（図３Ｃの破線矢印で示すように）スペーサ２１２の環状本体に規定された垂直構成要素２１２ｅの側壁２１２ａに向かって半径方向外向きに放散する。熱放散は、同心の弧の曲率（すなわち、加熱素子２１６付近でより屈曲し、スペーサ２１２の側壁２１２ａに向かうにつれて平坦になっている）からわかるように、加熱素子２１６に最も近いスペーサの領域でより強く、加熱素子２１６から離れるとより一様になる。スペーサ２１２の側壁２１２ａにおける熱が理想的な範囲に維持されるように、加熱素子２１６の位置およびスペーサ２１２の様々な部分の寸法が、スペーサ２１２の環状本体の垂直構成要素２１２ｅへ実質的に対称な分布の熱を供給するために設計される。
【００６４】
本明細書に記載した様々な実施形態は、表面温度を室温からより高い値へと上昇させることにより、チャンバ内の粒子性能を改善するための方法を提供する。最良の粒子性能は、一実施形態において、表面温度が約１５０℃まで上げられた時に観察される。一実施形態において、スペーサの形状（内径、スペーサの境界、高さ、側壁の粗さ、など）は、シャワーヘッド、ペデスタル、および、スペーサの間に滑らかなプラズマプロファイルを規定する重要な側面である。滑らかなプラズマプロファイルは、基板へのエッジ効果を低減し、スペーサの側壁上での反応ラジカルの再結合を減少させ、シャワーヘッド、スペーサ、および、ペデスタルの良好な温度プロファイルを実現する。加熱素子２１６の形状（例えば、管状コイル）は、加熱素子２１６とスペーサ２１２の本体（すなわち、バルク）との間の熱伝導効率を高めるように設計される。スペーサ２１２の形状は、最適な熱および形状の条件に処理領域を維持する助けになり、応力および蒸着の剥離を減少させる。
【００６５】
制御モジュール６００が、加工動作中にシステムの様々な構成要素を制御してよい。例えば、制御モジュール６００は、加熱素子２１６、コイル１０８など、様々な構成要素への電力供給を制御する。一実施形態において、ペデスタル２０４は、電力供給される電極であってよい。この実施形態において、ペデスタル２０４は、整合回路網（図示せず）を介して電源（図示せず）に電気接続される。別の実施形態では、電源が、ペデスタル２０４の代わりに、シャワーヘッド１１２へ整合回路網を通して電気接続されてもよい。ペデスタル２０４またはシャワーヘッド１１２への電力供給は、制御モジュール６００（例えば、コントローラ）によって制御される。制御モジュール６００は、処理入力／制御６０８を実行することによってシステム１００を動作させるように構成される。処理入力／制御６０８は、電力レベル、タイミングパラメータ、ガス化学物質などの処理レシピを含んでよく、基板１０３の表面の異なる部分をプラズマに暴露させるために、基板１０３、ペデスタル２０４などの機械的移動も制御してよい。
【００６６】
制御モジュール６００は、リザーバ１６１（すなわち、図１のガス源）からチャンバへ、そして、下側チャンバ部分に規定されたドレーンを通してチャンバから外へ、ガス化学物質の供給を制御してよい。ガス化学物質は、ペデスタル２０４とスペーサ２１２との間に規定されたギャップ２３２を通してチャンバからドレーンへ向かって流れる。真空ポンプ（例えば、１または２段の機械的乾式ポンプおよび／またはターボ分子ポンプなど）が、ガス化学物質を引き出すため、ならびに、スロットルバルブまたは振り子バルブなどの閉ループ制御された流量制限装置によってチャンバ内の適切な低圧を維持するために用いられる。
【００６７】
図４は、上述したシステムの様々な構成要素を制御するための制御モジュールの一例６００を示す。一実施形態において、制御モジュール６００は、プロセッサと、メモリと、１または複数のインターフェースと、を備えてよい。制御モジュール６００は、検知された値に部分的に基づいて、システム内の装置を制御するために用いられてよい。単に例として、制御モジュール６００は、検知された値およびその他の制御パラメータに基づいて、バルブ６０２、フィルタヒータ６０４、ポンプ６０６、持ち上げメカニズム、および、その他の装置（すなわち、処理入力／制御装置）６０８、の内の１または複数を制御してよい。制御モジュール６００は、単に例として、圧力計６１０、流量計６１２、温度または熱センサ６１４、および／または、その他のセンサ６１６から検知された値を受信する。制御モジュール６００は、前駆体供給および膜蒸着の間に処理条件を制御するためにも用いられてもよい。制御モジュール６００は、通例、１または複数のメモリデバイスと、１または複数のプロセッサとを備える。
【００６８】
制御モジュール６００は、前駆体供給システムおよび蒸着装置の動作を制御してよい。制御モジュール６００は、特定の処理の処理タイミング、供給システムの温度、フィルタにわたる圧力差、バルブポジション、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度（処理領域内の表面温度を含む）、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハチャックまたはペデスタルの位置、コイルへの電力、加熱素子への電力、ならびに、その他のパラメータを制御するための命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール６００は、圧力差を監視し、蒸気前駆体の供給を１または複数の流路から１または複数のその他の流路に自動的に切り替えてもよい。制御モジュール６００に関連するメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。
【００６９】
通例は、制御モジュール６００に関連したユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ６１８（例えば、装置および／または処理条件の表示スクリーンおよび／またはグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイス６２０とを含んでよい。
【００７０】
処理シーケンスにおける前駆体の供給、蒸着、および、その他の処理を制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。
【００７１】
制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、処理ガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルおよび低周波ＲＦ周波数など）、冷却ガス圧、ならびに、チャンバ壁の温度などの処理条件に関連する。
【００７２】
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されうる。例えば、本発明の蒸着処理を実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。このためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板配置コード、処理ガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、および、プラズマ制御コードを含む。
【００７３】
基板配置プログラムは、ペデスタルまたはチャック上に基板をロードするため、および、基板とチャンバの他の部品（ガス流入口および／またはガスターゲットなど）との間の間隔を制御するために用いられるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを備えてよい。処理ガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、チャンバ内の圧力を安定させるために蒸着の前にチャンバ内にガスを流すためのコードを備えてよい。フィルタ監視プログラムは、測定された差を所定の値と比較するコードおよび／または流路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、例えば、チャンバの排気システムのスロットルバルブを調節することにより、チャンバ内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。ヒータ制御プログラムは、前駆体供給システム内の構成要素を加熱するための加熱ユニット（すなわち、加熱素子、加熱コイル）、基板、および／または、システムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、ウエハチャックへの熱伝導ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。
【００７４】
蒸着中に監視されうるセンサの例は、マスフローコントロールモジュール、圧力センサ（圧力計６１０など）、温度または熱センサ、ならびに、供給システム、ペデスタル、または、チャックに配置された熱電対（例えば、温度センサ６１４）を含むが、これらに限定されない。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、所望の処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。以上、単一チャンバまたはマルチチャンバの半導体処理ツールにおける本発明の実施形態の実施について説明した。
【００７５】
以上の実施形態の記載は、例示および説明を目的としたものである。包括的であることも本発明を限定することも意図していない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用可能であれば、置き換え可能であり、特に図示も記載もない限りは、選択された実施形態で利用できる。同じものが、多くの方法で変形されてもよい。かかる変形は、本発明からの逸脱と見なされず、すべてのかかる変形は、本発明の範囲内に含まれると意図される。
【００７６】
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されず、特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【外国語明細書】
2018137438000001.pdf