【手続補正書】
【提出日】平成27年5月15日(2015.5.15)
【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】
基板支持体に支持された半導体基板にプラズマエッチングを施す誘導結合プラズマ処理装置のためのセラミックシャワーヘッドであって、
平坦な下面と、中央部分が厚く外側部分が薄い段付きの上面と、前記外側部分の環状領域に配置され前記上面および前記下面の間に伸びる複数の軸方向ガス孔と、前記下面の外周において前記外側部分に配置された真空シール面と、前記複数の軸方向ガス孔が配置された前記環状領域を規定する前記上面上の内側および外側真空シール面と、を有するセラミック材料の下側プレートと、
平坦な上面および下面と、外周から内向きに伸びる複数の半径方向ガス流路と、前記下面から前記複数の半径方向ガス流路まで伸びる複数の軸方向ガス流路と、を有するセラミック材料の環状の上側プレートと、
を備え、
前記環状の上側プレートは、前記下側プレートの前記中央部分を囲み、前記下側プレートの前記外側部分の前記上面を覆うように構成されており、前記上側プレートの前記複数の軸方向ガス流路が、前記下側プレートの前記複数の軸方向ガス孔と流体連通するように構成されている、セラミックシャワーヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミックシャワーヘッドであって、前記下側プレートは、少なくとも２列の軸方向ガス孔を備え、前記列の各々は、２０ないし５０の前記軸方向ガス孔を有する、セラミックシャワーヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミックシャワーヘッドであって、前記下側プレートは、約２０インチの直径、前記中央部分における約１．５インチの厚さ、および、前記外側部分における約０．８インチの厚さを有し、前記２列のガス孔は、０．０４インチの直径を有すると共に前記下側プレートの中心から約５インチに配置された３２個のガス孔の内側の列と、約０．０４インチの直径を有すると共に前記下側プレートの前記中心から約６．５インチに配置された３２個のガス孔の外側の列とを含み、前記シール面は、前記下面の段に配置され、前記段は、約０．４インチの深さおよび約１．２インチの幅を有する、セラミックシャワーヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載のセラミックシャワーヘッドであって、前記上側プレートは、約０．１２５インチの直径を有すると共に４５°ごとに配置された少なくとも８つの半径方向ガス流路と、約０．１２５インチの直径を有すると共に前記上側プレートの中心から約５．７５インチに配置された少なくとも８つの軸方向ガス流路と、約１．７インチの幅および約０．０１５ないし０．０２インチの深さを有する環状プレナムを規定する環状凹部と、前記環状プレナムを囲む内側および外側Ｏ−リング溝と、を備え、前記環状プレナムは、前記上側プレートの前記ガス流路と前記下側プレートの前記ガス孔との間の流体連通を提供する、セラミックシャワーヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載のセラミックシャワーヘッドであって、前記上側プレートは、さらに、約０．４インチの直径を有すると共に前記上側プレートの前記上面に配置された８対の軸方向取り付け穴と、約０．３５インチの直径を有すると共に前記上側プレートの外周の平坦な取り付け面に配置された８対の半径方向取り付け穴と、を備え、各対の前記取り付け穴の中心は、約１インチ離間されている、セラミックシャワーヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記上側プレートおよび下側プレートは、高純度アルミナで製造され、前記下側プレートの前記下面は、前記シール面を除いて前記下面全体を覆う高純度イットリアのコーティングを備える、シャワーヘッド。
【請求項７】
プラズマ処理装置であって、
半導体基板を内部で処理する処理チャンバと、
処理中に前記半導体を支持する基板支持体と、
前記チャンバの誘電体窓を形成する請求項１に記載のセラミックシャワーヘッドと、
前記誘電体窓を通して前記チャンバ内にＲＦエネルギを誘導結合して、前記基板支持体と前記誘電体窓との間のチャンバギャップ内でプロセスガスをプラズマに励起するよう動作可能なアンテナと、
エッチングガスおよび蒸着ガスを含むプロセスガスを、前記環状プレナム内の前記エッチングガスが２００ミリ秒以内で前記蒸着ガスに置き換えられるように、または、前記環状プレナム内の前記蒸着ガスが２００ミリ秒以内で前記エッチングガスに置き換えられるように、前記セラミックシャワーヘッドの前記半径方向ガス流路に交互に供給するよう動作可能なガス供給システムと、
を備え、
前記プラズマ処理装置は、少なくとも１０μｍ／分の速度で前記半導体基板上のシリコン材料に開口部をエッチングするよう動作可能である、プラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理装置であって、前記エッチングガスは、ＳＦ6、ＮＦ3、および、ＣＦ4から選択され、前記蒸着ガスは、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、ＣＨ3Ｆから選択される、プラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマ処理装置を用いて半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）前記処理チャンバ内の前記基板支持体上に前記半導体基板を支持する工程と、
（ｂ）前記蒸着ガスの流れを遮断して、前記エッチングガスが前記セラミックシャワーヘッドの前記ガス孔を通して前記チャンバギャップに流れ込むように前記エッチングガスを前記環状プレナムに供給する工程と、
（ｃ）前記チャンバギャップ内の前記エッチングガスを第１のプラズマに励起して、前記第１のプラズマで前記半導体基板に開口部をプラズマエッチングする工程と、
（ｄ）前記エッチングガスの流れを遮断して、前記蒸着ガスが前記セラミックシャワーヘッドの前記ガス孔を通して前記チャンバギャップに流れ込むように前記蒸着ガスを前記環状プレナムに供給する工程と、
（ｅ）前記チャンバギャップ内の前記蒸着ガスを第２のプラズマに励起して、前記第２のプラズマで前記開口部内にポリマを蒸着させる工程と、
（ｆ）１．８秒以内の総サイクル時間で工程（ｂ）〜（ｅ）を繰り返す工程と、
を備える、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記半導体基板はシリコンウエハであり、前記エッチングガスは、工程（ｂ）において、約５００ミリ秒の期間内に、前記チャンバギャップ内の前記蒸着ガスと置き換わり、前記蒸着ガスは、工程（ｄ）において、約５００ミリ秒の期間内に、前記チャンバギャップ内の前記エッチングガスと置き換わる、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、前記プレナム内の圧力は、工程（ｂ）〜（ｅ）の間、少なくとも１Ｔｏｒｒである、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、前記エッチングガスを供給する総時間は１．３秒以内であり、前記蒸着ガスを供給する総時間は０．７秒以内である、方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であって、前記エッチングガスの供給中の前記チャンバギャップ内の圧力は、少なくとも１５０ｍＴｏｒｒであり、前記蒸着ガスの供給中の前記チャンバギャップ内の圧力は、１５０ｍＴｏｒｒ未満である、方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の方法であって、前記エッチングガスは、少なくとも５００ｓｃｃｍの流量で前記プレナムに供給され、前記蒸着ガスは、５００ｓｃｃｍ未満の流量で前記プレナムに供給される、方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法であって、前記半導体基板と前記シャワーヘッドプレートとの間の前記チャンバギャップは、少なくとも４インチである、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
３００ｍｍウエハを処理するよう設計されたチャンバにおいて、下側プレート２７０は、ウエハよりも広く、真空シール面３１４は、チャンバ２４０の上部の対応するシール面と係合する。例えば、下側プレート２７０は、約２０インチの直径、中央部分３０６における約１．５インチの厚さ、および、外側部分３０８における約０．８インチの厚さを有してよく、ガス孔３１０は、約０．０４インチの直径を有すると共に下側プレート２７０の中心から約５インチに配置された３２個のガス孔を含む内側の列と、約０．０４インチの直径を有すると共に下側プレート２７０の中心から約６．５インチに配置された３２個のガス孔を含む外側の列とを含む２つのガス孔列に配列されており、シール面３１４は、下面３０２の段３２０に配置され、段３２０は、約０．４インチの深さおよび約１．２インチの幅を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
３００ｍｍウエハを処理するために、上側プレート２８０は、下側プレート２７０と結合するような寸法を有しており、下側プレート２７０のガス孔３１０への供給を行う複数の半径方向ガス流路４１０を備える。例えば、上側プレート２８０は、約０．１２５インチの直径を有すると共に４５°ごとに配置された８つの半径方向ガス流路４１０と、約０．１２５インチの直径を有すると共に上側プレート２８０の中心から約５．７５インチに配置された８つの軸方向ガス流路４１２と、約１．７インチの幅および約０．０１５ないし０．０２インチの深さを有する環状プレナム４１４と、環状プレナム４１４を囲む内側Ｏ−リング溝４１６および外側Ｏ−リング溝４１８とを備えてよい。処理要件に応じて、下側プレート２７０は、任意の所望のパターンに配置され任意の所望の形状および寸法を有する６４個より多いまたは少ないガス孔など、異なる構成のガス孔３１０を備えてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
カバープレート７０４および下部リング７０６は、ステンレス鋼などの耐腐食性金属材料またはポリマ材料で製造されることが好ましく、電子ビーム溶接など適切な製造処理によって下部リング７０６にシールされうる。カバープレートおよび／または下部リングの内面および／または外面は、シリコンコーティングなどの保護材料で被覆されうる。好ましいシリコンコーティングは、ペンシルベニア州ベルフォントのＳｉｌｃｏＴｅｋ社から入手可能な化学蒸着（ＣＶＤ）多層シリコンコーティング「ＳＩＬＣＯＬＬＯＹ  １０００」である。適切なＣＶＤシリコンコーティングの詳細については、米国特許第７，０７０，８３３号に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。シャワーヘッドおよびガス流入口構成のサイズに応じて寸法は変わりうるが、好ましい実施形態では、下部リング７０６の流路７２０／７２２／７２４は、約０．１インチの幅および約０．３２インチの高さを有してよく、ガス流出口７０２は、半径約１０．４インチの位置に配置されてよい。カバープレート７０４は、下部リングの流路よりもやや広く、各流路の上にある凹部内にはまり込む。例えば、第１、第２、および、第３の部分７１４／７１６／７１８は、約０．０３インチの厚さおよび約０．１２インチの幅を有してよい。図７Ｃに示すように、カバーリング７０４の第３の部分７１８の端部７３６は、内側に曲げられ、丸い端部７３８を備えてよい。丸い端部７３８は、約０．３２インチの直径を有してよく、ガス流出口７０２を形成する開口部は、丸い端部７３８の中心に配置され、約０．１９インチの直径を有してよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
具体的な実施形態を参照しつつ、プロセスガスを高速に切り替えるよう動作可能なプラズマ処理装置について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行い、等価物を用いることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
基板支持体に支持された半導体基板にプラズマエッチングを施す誘導結合プラズマ処理装置のためのセラミックシャワーヘッドであって、
平坦な下面と、中央部分が厚く外側部分が薄い段付きの上面と、前記外側部分の環状領域に配置され前記上面および前記下面の間に伸びる複数の軸方向ガス孔と、前記下面の外周において前記外側部分に配置された真空シール面と、前記複数の軸方向ガス孔が配置された前記環状領域を規定する前記上面上の内側および外側真空シール面と、を有するセラミック材料の下側プレートと、
平坦な上面および下面と、外周から内向きに伸びる複数の半径方向ガス流路と、前記下面から前記複数の半径方向ガス流路まで伸びる複数の軸方向ガス流路と、を有するセラミック材料の環状の上側プレートと、
を備え、
前記環状の上側プレートは、前記下側プレートの前記中央部分を囲み、前記下側プレートの前記外側部分の前記上面を覆うように構成されており、前記上側プレートの前記複数の軸方向ガス流路が、前記下側プレートの前記複数の軸方向ガス孔と流体連通するように構成されている、セラミックシャワーヘッド。
適用例２：
適用例１のセラミックシャワーヘッドであって、前記下側プレートは、少なくとも２列の軸方向ガス孔を備え、前記列の各々は、２０ないし５０の前記軸方向ガス孔を有する、セラミックシャワーヘッド。
適用例３：
適用例２のセラミックシャワーヘッドであって、前記下側プレートは、約２０インチの直径、前記中央部分における約１．５インチの厚さ、および、前記外側部分における約０．８インチの厚さを有し、前記２列のガス孔は、０．０４インチの直径を有すると共に前記下側プレートの中心から約５インチに配置された３２個のガス孔の内側の列と、約０．０４インチの直径を有すると共に前記下側プレートの前記中心から約６．５インチに配置された３２個のガス孔の外側の列とを含み、前記シール面は、前記下面の段に配置され、前記段は、約０．４インチの深さおよび約１．２インチの幅を有する、セラミックシャワーヘッド。
適用例４：
適用例１のセラミックシャワーヘッドであって、前記上側プレートは、約０．１２５インチの直径を有すると共に４５°ごとに配置された少なくとも８つの半径方向ガス流路と、約０．１２５インチの直径を有すると共に前記上側プレートの中心から約５．７５インチに配置された少なくとも８つの軸方向ガス流路と、約１．７インチの幅および約０．０１５ないし０．０２インチの深さを有する環状プレナムを規定する環状凹部と、前記環状プレナムを囲む内側および外側Ｏ−リング溝と、を備え、前記環状プレナムは、前記上側プレートの前記ガス流路と前記下側プレートの前記ガス孔との間の流体連通を提供する、セラミックシャワーヘッド。
適用例５：
適用例４のセラミックシャワーヘッドであって、前記上側プレートは、さらに、約０．４インチの直径を有すると共に前記上側プレートの前記上面に配置された８対の軸方向取り付け穴と、約０．３５インチの直径を有すると共に前記上側プレートの外周の平坦な取り付け面に配置された８対の半径方向取り付け穴と、を備え、各対の前記取り付け穴の中心は、約１インチ離間されている、セラミックシャワーヘッド。
適用例６：
適用例１のシャワーヘッドであって、前記上側プレートおよび下側プレートは、高純度アルミナで製造され、前記下側プレートの前記下面は、前記シール面を除いて前記下面全体を覆う高純度イットリアのコーティングを備える、シャワーヘッド。
適用例７：
半導体基板を内部で処理する処理チャンバと、
処理中に前記半導体を支持する基板支持体と、
前記チャンバの誘電体窓を形成する適用例１のセラミックシャワーヘッドと、
前記誘電体窓を通して前記チャンバ内にＲＦエネルギを誘導結合して、前記基板支持体と前記誘電体窓との間のチャンバギャップ内でプロセスガスをプラズマに励起するよう動作可能なアンテナと、
エッチングガスおよび蒸着ガスを含むプロセスガスを、前記環状プレナム内の前記エッチングガスが２００ミリ秒以内で前記蒸着ガスに置き換えられるように、または、前記環状プレナム内の前記蒸着ガスが２００ミリ秒以内で前記エッチングガスに置き換えられるように、前記セラミックシャワーヘッドの前記半径方向ガス流路に交互に供給するよう動作可能なガス供給システムと、
を備え、
前記プラズマ処理装置は、少なくとも１０μｍ／分の速度で前記半導体基板上のシリコン材料に開口部をエッチングするよう動作可能である、プラズマ処理装置。
適用例８：
適用例７のプラズマ処理装置であって、前記エッチングガスは、ＳＦ6、ＮＦ3、および、ＣＦ4から選択され、前記蒸着ガスは、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、ＣＨ3Ｆから選択される、プラズマ処理装置。
適用例９：
適用例７のプラズマ処理装置を用いて半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）前記処理チャンバ内の前記基板支持体上に前記半導体基板を支持する工程と、
（ｂ）前記蒸着ガスの流れを遮断して、前記エッチングガスが前記セラミックシャワーヘッドの前記ガス孔を通して前記チャンバギャップに流れ込むように前記エッチングガスを前記環状プレナムに供給する工程と、
（ｃ）前記チャンバギャップ内の前記エッチングガスを第１のプラズマに励起して、前記第１のプラズマで前記半導体基板に開口部をプラズマエッチングする工程と、
（ｄ）前記エッチングガスの流れを遮断して、前記蒸着ガスが前記セラミックシャワーヘッドの前記ガス孔を通して前記チャンバギャップに流れ込むように前記蒸着ガスを前記環状プレナムに供給する工程と、
（ｅ）前記チャンバギャップ内の前記蒸着ガスを第２のプラズマに励起して、前記第２のプラズマで前記開口部内にポリマを蒸着させる工程と、
（ｆ）１．８秒以内の総サイクル時間で工程（ｂ）〜（ｅ）を繰り返す工程と、
を備える、方法。
適用例１０：
適用例９の方法であって、前記半導体基板はシリコンウエハであり、前記エッチングガスは、工程（ｂ）において、約５００ミリ秒の期間内に、前記チャンバギャップ内の前記蒸着ガスと置き換わり、前記蒸着ガスは、工程（ｄ）において、約５００ミリ秒の期間内に、前記チャンバギャップ内の前記エッチングガスと置き換わる、方法。
適用例１１：
適用例９の方法であって、前記プレナム内の圧力は、工程（ｂ）〜（ｅ）の間、少なくとも１Ｔｏｒｒである、方法。
適用例１２：
適用例９の方法であって、前記エッチングガスを供給する総時間は１．３秒以内であり、前記蒸着ガスを供給する総時間は０．７秒以内である、方法。
適用例１３：
適用例９の方法であって、前記エッチングガスの供給中の前記チャンバギャップ内の圧力は、少なくとも１５０ｍＴｏｒｒであり、前記蒸着ガスの供給中の前記チャンバギャップ内の圧力は、１５０ｍＴｏｒｒ未満である、方法。
適用例１４：
適用例９の方法であって、前記エッチングガスは、少なくとも５００ｓｃｃｍの流量で前記プレナムに供給され、前記蒸着ガスは、５００ｓｃｃｍ未満の流量で前記プレナムに供給される、方法。
適用例１５：
適用例９の方法であって、前記半導体基板と前記シャワーヘッドプレートとの間の前記チャンバギャップは、少なくとも４インチである、方法。