(57)【要約】  半導体基板の処理中にシャワーヘッド電極を所望の温度に維持するために、プラズマ処理装置は、シャワーヘッド電極と熱的に接触したヒータ、及び、そのヒータと熱的に接触し温度制御された天板を備える。ガス分配部材は、シャワーヘッド電極にプロセスガス及び高周波（ＲＦ）電力を供給する。【選択図】図１
2007535817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室の内部に搭載され、シャワーヘッド電極と半導体基板が支持される下部電極との間のギャップにプロセスガスを供給するように適合された前記シャワーヘッド電極と、
前記シャワーヘッド電極に取り付けられたガス分配部材と、
前記ガス分配部材に取り付けられた熱経路部材と、
前記熱経路部材に取り付けられたヒータと、
を備えるシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記ヒータは、前記ガス分配部材及び前記熱経路部材を備える熱経路を介して、前記シャワーヘッド電極に熱を伝達することを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項２】
前記熱経路部材は熱伝導性の電気絶縁体を備えることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項３】
前記熱経路部材は窒化物材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項４】
前記熱経路部材は、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を備えることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項５】
前記ガス分配部材の第１の部分は、温度制御された上端壁内の開口部に延び、前記ガス分配部材の第２の部分は、前記シャワーヘッド電極を完全に覆って延びることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリを備える真空室。
【請求項６】
前記真空室の前記温度制御された上端壁は、前記ヒータ、前記熱経路部材、前記ガス分配部材及び前記シャワーヘッド電極を貫通する熱経路を介して、前記シャワーヘッド電極から熱を取り出すことを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリを備える真空室。
【請求項７】
前記シャワーヘッド電極は、ＲＦ電力が加えられた電極であり、前記ガス分配部材は、前記ガス分配部材の前記第１の部分から前記ガス分配部材の前記第２の部分及び次いで前記シャワーヘッド電極にＲＦ電力を分配する導電性材料であることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリを備える真空室。
【請求項８】
前記ガス分配部材は、前記シャワーヘッド電極の裏面上の断面積の０．１から９９．９％に接触することを特徴とする請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリを備える真空室。
【請求項９】
前記シャワーヘッド電極を囲む接地電極をさらに備え、前記ギャップ及び絶縁体に面する露出面を備える前記接地電極は、前記接地電極の内周部と前記シャワーヘッド電極の外周部との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１０】
プラズマエッチング室内のヒータに電力を加える工程と、
前記ヒータからシャワーヘッド電極に熱を導くことによって、前記プラズマエッチング室内の前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を所定の温度に加熱する工程と、
前記シャワーヘッド電極を介して前記プラズマエッチング室にプロセスガスを供給し、前記プロセスガスを前記シャワーヘッド電極と半導体基板が支持される下部電極との間のギャップに流入させる工程と、
ＲＦ電力を前記シャワーヘッド電極に加え、前記プロセスガスをプラズマ状態に励起することにより、前記プラズマエッチング室内で半導体基板をエッチングする工程とを含むプラズマエッチングを制御する方法であって、
前記ヒータに加えられる前記電力及び前記シャワーヘッド電極に加えられる前記電力は、熱経路部材によって互いに電気的に分離されている方法。
【請求項１１】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を、少なくとも８０℃の温度で加熱し維持することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を、少なくとも１００℃の温度で加熱し維持することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を、少なくとも１５０℃の温度で加熱し維持することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記半導体基板の前記エッチングより前に存在することを特徴とする請求項１０に記載の方法
【請求項１５】
前記エッチングは、前記半導体基板上の酸化物層内の開口部をエッチングすることを含み、前記開口部は、パターン化されたフォトレジストによって画定されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記プロセスガスは、フルオロカーボン及び／又はハイドロフルオロカーボンガスを含み、前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記プロセスガス中のフッ素ラディカル密度を制御することにより、前記フォトレジスト上の線条を低減させることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチングは、酸化ケイ素層内に高いアスペクト比の接触開口部を形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記シャワーヘッド電極から、ガス分配部材、前記熱経路部材、前記ヒータ、１つ以上のサーマルチョーク及び上端壁に延びる熱経路に沿って熱を導くことにより、前記シャワーヘッド電極を冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法
【請求項１９】
前記シャワーヘッド電極に電力を加える前記工程は、前記プラズマエッチング室の外部の電力源から、前記ガス分配部材、及び、前記ガス分配部材と前記シャワーヘッド電極との間の複数の接触点を介して、前記ガス分配部材上に配置される電力入力口にＲＦ電力を供給することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガスを供給する工程は、前記ガス分配部材から、前記シャワーヘッド電極の裏面における１つ以上のプレナムにガスを供給することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスを供給する工程は、前記基板と前記シャワーヘッド電極の間の前記ギャップ内の中心領域に第１の混合ガスを供給することと、前記中心領域を囲む前記ギャップ内の環状領域に第２の混合ガスを供給することとを含み、前記第２の混合ガスは、前記第１の混合ガスとは異なるか、又は、前記第２の混合ガスは、前記１の混合ガスと同じであるが前記１の混合ガスとは異なる流量で供給されることを特徴とする請求項１０に記載の方法
【請求項２２】
前記プラズマエッチング室内で一群のウエハを１つずつエッチングする工程を含み、前記シャワーヘッド電極は、前記一群のウエハを処理する間、実質上均一な温度に維持されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項２３】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記シャワーヘッド電極の中心部及び周縁部を加熱することを含み、その結果、温度差は、前記シャワーヘッド電極の前記中心部と前記周縁部との間で５０℃よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項２４】
前記シャワーヘッド電極を加熱する前記工程は、前記シャワーヘッド電極の中心部及び周縁部を加熱する工程を含み、その結果、温度差は、前記シャワーヘッド電極の前記中心部と前記周縁部との間で２５℃よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワーヘッド電極及びヒータを備えるプラズマ処理用の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、エッチング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオン注入、及び、灰化又はレジスト除去を含む各技法によって基板を処理するのに使用される。最近では、縮小する形状サイズ及び新材料の実装により、プラズマ処理の条件を制御するためのプラズマ処理装置における改良が必要とされている。
【特許文献１】米国特許第６，１９４，３２２Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第６，０７３，５７７号
【特許文献３】米国特許出願第１０／６４５，６６５号
【特許文献４】米国特許第６，６０２，３８１Ｂ１号
【特許文献５】米国特許第５，５３４，７５１号
【特許文献６】米国特許第６，３９１，７８７号
【特許文献７】米国特許第６，５０８，９１３号
【特許文献８】米国特許出願第１０／６２３，５４０号
【発明の開示】
【０００３】
シャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極に熱的に接触したヒータとを備えるプラズマ処理装置が提供され、ヒータは、シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を、閾値温度を超えて加熱するよう作動することができる。さらに、シャワーヘッド電極の温度を制御し、又はヒータと連携してシャワーヘッド電極内で所定の温度を維持するために、装置には天板を設けてもよい。
【０００４】
一実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリは、真空室の内部に取り付けられるように適合されたシャワーヘッド電極と、真空室の温度制御された上端壁内の開口部に向けて軸方向に延びるように適合された第１の部分と、シャワーヘッド電極上を横方向に延び、高周波（ＲＦ）の経路及び熱経路を提供する第２の部分とを含む、シャワーヘッド電極に取り付けられたＲＦ分配部材と、ＲＦ分配部材に取り付けられ、真空室の上端壁とＲＦ分配部材の第２の部分との間の熱経路をシャワーヘッド電極に提供するように適合された熱経路部材とを備える。他の実施形態では、ＲＦ分配部材は、プロセスガスをシャワーヘッド電極に供給する少なくとも１つのガス流路を備えることもできる。
【０００５】
他の実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリは、真空室の内部に取り付けられるように適合されたシャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極に取り付けられたガス分配部材と、ガス分配部材に取り付けられた熱経路部材と、ガス分配部材及び熱経路部材を介してシャワーヘッド電極に熱を伝える、熱経路部材に取り付けられたヒータとを備える。他の実施形態では、ガス分配部材は、シャワーヘッド電極にＲＦ電力を分配する導電性材料とすることができる。
【０００６】
プラズマエッチング室内でヒータに電力を加える工程と、ヒータからシャワーヘッド電極へ熱を導くことによってプラズマエッチング室内のシャワーヘッド電極の少なくとも一部分を所定の温度に加熱する工程と、シャワーヘッド電極を介してプラズマエッチング室にプロセスガスを供給する工程と、シャワーヘッド電極にＲＦ電力を加え、プロセスガスをプラズマ状態に励起することによって、プラズマエッチング室内で半導体基板をエッチングする工程とを含み、ヒータに加えられた電力及びシャワーヘッド電極に加えられた電力は、熱経路部材によって互いに電気的に分離されている、プラズマエッチングを制御する方法も提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
プラズマ化学、イオンのエネルギー、密度、及び分布、電子温度等、プラズマパラメータの制御は、プラズマ処理の結果を変えるために望まれている。これらのプラズマパラメータの制御に加えて、プラズマを閉じ込めるプラズマ室内の表面温度も、プラズマ化学ひいてはウエハ等半導体基板上のプラズマ処理結果を制御するために利用できる。
【０００８】
（酸化物エッチング等の）プラズマエッチングプロセスで使用されるシャワーヘッド電極の温度は、広範囲に変化され得る。シングルウエハプラズマエッチング室内で一連のウエハをエッチングするとき、高周波（ＲＦ）電力が加えられたシャワーヘッド電極の様々な部分の温度は、時が経つにつれて変化し、ＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極によって生成される熱のために、シャワーヘッド電極の中心部分は周縁部分よりも高く熱せられることが観察されてきた。例えば、シャワーヘッド電極の中心と周縁の間の温度差は、約１００℃又はそれ以上となることがある。この温度差は、電極がより高い電力レベル（例えば、３，０００から６，０００ワット）で稼働しているときにより顕著であり、プラズマエッチングでの不均一性につながることがある。したがって、ＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極の温度差を低減させることにより、生産稼動中のウエハのプラズマエッチングをより均一にすることができる。さらに、生産運転時にＲＦ電力が加えられた電極の下限温度を維持することにより、フォトレジストの選択性を改善することができる。
【０００９】
ＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極の、使用中に発生する熱による温度変動に照らして、ヒータは、ＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極の中心部及び周縁部を所望の温度範囲内、例えば、中心から周縁部までの温度差が５０℃未満、好ましくは２５℃未満を維持するように設けられる。室の上端壁等の温度制御された部材から冷却することと連携して、ＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極を加熱することによって、プラズマ処理装置の作動中のＲＦ電力が加えられたシャワーヘッド電極において望ましい温度分布が達成され得る。好ましい一実施形態によれば、シャワーヘッド電極の中心部と周縁部の間の温度差は、シリコン酸化物などの誘電体材料中に高いアスペクト比の開口部をプラズマエッチングすること等、プラズマ処理の均一性を改善するのに有効な範囲内に維持することができる。
【００１０】
好ましい一実施形態では、プラズマ処理装置は、ヒータ、温度制御されたヒートシンク及びＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極を備える。この実施形態のプラズマ処理装置は、シャワーヘッド電極の能動的な加熱及び能動的な冷却により、シャワーヘッド電極の温度を制御できる。
【００１１】
図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１００の横断面図を示しており、ヒータ及び上部シャワーヘッド電極の温度制御システムを備える。図１では、プラズマ処理装置１００には、真空室１５０内のヒータ７００及び温度制御装置９００が設けられている。
【００１２】
図１に示すように、プラズマエッチング室等の真空室１５０は、その中に上部シャワーヘッド電極２００及び基板支持具３００を備え、上部シャワーヘッド電極２００及び基板支持具３００は、ギャップ４００によって分離され、その中で基板が処理される。上部シャワーヘッド電極２００は、反応ガスを基板の露出面上に供給するための、穿孔された又は多孔質の、平面又は非平面の表面を備える。上部シャワーヘッド電極２００の上に、ガス分配部材５００が設けられ、ガス分配部材５００は、真空室１５０の外部にあるガス供給装置５５０から、プロセスガスを上部シャワーヘッド電極２００に供給する。ガス分配部材５００はまた、導電性であり、真空室１５０の外部にあるＲＦ電力供給装置５７０から上部シャワーヘッド電極２００にＲＦ電力を分配する。
【００１３】
また、図１に示すように、ヒータ７００は、ガス分配部材５００の水平方向に延びる部分の上に配置され、ヒータ７００は、ガス分配部材５００及び熱伝導性の絶縁体６００を介して上部シャワーヘッド電極２００に熱を供給し、絶縁体６００は、ヒータ７００とガス分配部材５００の間に設けられる。絶縁体６００は、熱伝導性の電気絶縁体であり、ヒータ７００をガス分配部材５００から電気的に絶縁する役割を果たすが、ヒータ７００からの熱がガス分配部材５００に導かれるようにする。したがって、ガス分配部材５００を介して伝導されるＲＦ電力は、ヒータ７００に供給される電力から電気的に分離され、依然としてヒータ７００と上部シャワーヘッド電極２００との間の熱伝導を可能にする。
【００１４】
上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御するために、少なくとも１つの温度センサ９５０等任意の適切な温度監視器具を使用する温度制御装置９００が、上部シャワーヘッド電極２００の温度（Ｔ）を測定するために設けられる。温度センサ９５０は、上部シャワーヘッド電極２００の裏面にごく近接して配置された光ファイバ温度検知素子を備えるか、又は、上部シャワーヘッド電極２００に熱的に接続することができる。例えば、図１に示すように、温度センサ９５０は、上部シャワーヘッド電極２００の周縁部の近傍に配置される。温度センサ９５０が示す上部シャワーヘッド電極２００の温度Ｔを表すデータ／信号に基づき、温度制御装置９００を使用して、上部シャワーヘッド電極２００の温度が所定の温度（Ｔｐ）まで増大されなければならないかどうかを判定することができる。ＴがＴｐよりも小さい場合、温度制御装置９００は、電力をヒータ７００に供給してヒータ７００の温度を増大させ、次には上部シャワーヘッド電極２００の温度を増大させる電源２５０をアクティブにするようにすることができる。
【００１５】
ヒータ７００は、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）の電源２５０によって電力が与えられてもよく、ＡＣ又はＤＣの電源２５０は、前述の通り温度制御装置９００によって制御される。
【００１６】
また、図１に示すように、ヒータ７００は、真空封止された室の上壁を形成する温度制御された天板８００によって支持される。天板８００は、電気的に接地され、流体制御装置８５０を設けることができる。流体制御装置８５０はまた、温度制御装置９００によって制御され、天板８００を介する流体の流れを冷却するための温度冷却器を備えることができる。あるいは、天板８００は、流体制御装置８５０を用いずに、連続的または不連続な方式で冷却することができる。例えば、流体制御装置８５０を使用せずに、天板８００を介して絶えず水を流してもよい。
【００１７】
温度制御装置９００が使用される場合、天板の温度を所望に調節することができる。例えば、ＴがＴｐよりも大きい場合、温度制御装置９００により、流体制御装置８５０は、ヒータ７００を冷却するために天板８００を介して冷却流体を流すことができ、次いで、ヒータ７００は、上部シャワーヘッド電極２００に対してヒートシンクの役割を果たし、したがって、以下に述べるように上部シャワーヘッド電極２００を冷却する。しかし、天板８００を介して流れる流体は、絶えず循環させることができ、流体の温度は、場合によっては上げる又は下げることができ、流体の流量は、温度制御装置９００からの指令に基づいて増大又は減少させることができる。
【００１８】
さらに、図１に示すように、ガス分配部材５００から天板８００を電気的に絶縁するために、上部電気絶縁体６３０が使用される。また、上部シャワーヘッド電極２００及びガス分配部材５００を取り囲む側方電気絶縁体６２０，６４０が、上部シャワーヘッド電極２００をヒータ７００から電気的に絶縁するために使用される。
【００１９】
基板支持具３００は、装置１００内の上部シャワーヘッド電極２００と反対側の基板支持具３００の上面に、下部電極及び任意選択の静電チャック（ＥＳＣ）を備える。したがって、プラズマ処理を施される基板は、基板支持具３００の上面に機械的又は静電気的にクランプされて、又はクランプされずに支持され得る。
【００２０】
第２の実施形態では、装置１００は、ヒータ７００なしのガス分配部材５００を組み込むことができ、ガス分配部材５００は、装置１００内でプラズマエッチング室の他の部分からＲＦ遮蔽されることができる。この実施形態では、ガス分配部材５００は、絶縁体６００及び／又は他の絶縁部材を所望に使用し、ＲＦがガス分配部材５００を貫通することができるようにして、ＲＦ遮蔽を行うことができる。
【００２１】
第２の実施形態ではまた、ガス分配部材５００は、板部材５０５及び軸方向延長部材５０８を備え、軸方向延長部材５０８は、ＲＦ電力供給装置５７０に電気的に接続されたケーブルを収容するためのＲＦ接続を備える。したがって、軸方向延長部材５０８は、ＲＦ電力をＲＦ電力供給装置置５７０から板部材５０５に、次いで、板部材５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間の接点を介して、上部シャワーヘッド電極２００に分配するために使用される。例えば、板部材５０５には、上部シャワーヘッド電極２００の裏面と接触した複数の環状の突起が含まれ得る。
【００２２】
さらに、軸方向延長部材５０８は、ガス供給装置５５０から、板部材５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間の１つまたは複数のプレナム(plenum)に、プロセスガスを分配する役割を果たす。したがって、ＲＦ電力及びプロセスガスは両方とも、ガス分配部材５００を介して上部シャワーヘッド電極２００に供給される。ガス分配部材５００を介してＲＦ電力を供給することにより、上部シャワーヘッド電極２００の露出面の中心から周縁部に至る温度差を低減するために、上部シャワーヘッド電極２００上でより均一にＲＦ電力を供給することができる。また、ガス分配部材５００を介してプロセスガスを供給することにより、室の中の１つまたは複数の区画に、所望の流量でプロセスガスを供給することが可能である。
【００２３】
図３には、第３の好ましい実施形態の装置１００を動作させる好ましい方法が示されている。図３に示すように、その方法は、ウエハを基板支持具３００に挿入する工程１１００から始まる。次に、工程１２００で、上部シャワーヘッド電極２００内の温度センサ９５０は、上部シャワーヘッド電極２００の温度を測定する。
【００２４】
次に、工程１３００で、温度制御装置９００は、測定された温度（Ｔ）を所定の温度範囲（Ｔｐ）と比較する。所定の温度範囲は、上部シャワーヘッド電極２００にとっての所望の温度に対応する。ＴがＴｐよりも小さい場合、工程１３２０で、上部シャワーヘッド電極２００を所定の量だけ加熱するために、ヒータに電力が供給され、次いでヒータ７００に供給された電力の量が適切であったかどうかを判定するために、工程１２００が繰り返される。ＴがＴｐよりも大きい場合、工程１３４０で、天板を介して冷却流体が流され、天板８００を介して流された冷却流体の量が適切であったかどうかを判定するために、工程１２００が繰り返される。ＴがＴｐとほとんど同じである場合、ウエハは工程１４００で処理され、工程１５００で取り出されてから、他のウエハを処理するかどうかを、工程１６００で判定する。他に処理すべきウエハがない場合、工程１７００でプロセスは終了するが、他に処理すべきウエハがある場合、プロセスは繰り返され、次のウエハが工程１１００で挿入される。
【００２５】
温度制御装置は、スタンドアロンのコンピュータ又は内部論理スイッチ等、任意のタイプの情報処理装置とし得ることに留意されたい。
【００２６】
また、供給される電力及び冷却流体の量は、プロセス及び動作条件に応じて、要望通りに変化させることができることに留意されたい。例えば、ＴがＴｐよりもはるかに小さい場合、工程１３２０で、ＴがＴｐよりもわずかに小さい場合よりもより多くの電力をヒータ７００に供給することができる。
【００２７】
図４には、第３の実施形態が示されている。図４には、第１の実施形態の構成部品に加えて、（電極２００に接着された黒鉛板エラストマー等の）裏当て部材２２０を有する上部シャワーヘッド電極２００が示してあり、ガス分配部材５００は裏当て部材２２０に取り付けられる（例えば、ガス分配部材５００は、ボルト又は他の留め具によって、部材２２０に固定することができる）。例えば、裏当て部材２２０は、電極２００の構造的な支持を強化するために設けてもよく、以下に述べる接触ボルト２２５を用いてガス分配部材５００に取り付けることができる。さらに、前述の上部及び側方向の電気絶縁体６３０，６４０に加えて、軸方向延長部材５０８の外側の側方領域、並びにヒータ７００及び天板８００の内側の側方領域に、電気的に絶縁する２次的な絶縁体６５０が設けられる。
【００２８】
第３の実施形態では、裏当て部材２２０は、エラストマー接着によって、上部シャワーヘッド電極２００の裏面に取り付けられることが好ましい（例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，１９４，３２２Ｂ１号及び第６，０７３，５７７号を参照。これら全体を参考として本明細書に援用する）。裏当て部材２２０は、ガスの流れをギャップ４００に供給するために、上部シャワーヘッド電極２００内のガス流路２０６と位置が揃ったガス流路２２６を備える。天板８００は、装置１００の取外し可能で真空封止された上壁を形成し、ヒータ７００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御するヒートシンクの役割を果たす。
【００２９】
裏当て部材２２０は、プラズマ処理室内で半導体基板を処理するのに使用されるプロセスガスと化学的に親和性があり、電極材料の熱膨張係数とよく一致する熱膨張係数を有し、かつ／又は、導電性及び熱伝導性を有する材料から作られることが好ましい。裏当て部材２２０を作るのに使用することができる好ましい材料には、それだけには限らないが、黒鉛及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）が含まれる。
【００３０】
第３の実施形態はまた、電極２００を取り囲む接地電極２５０に特徴がある。この外部電極部材２５０は、３００ｍｍウエハ等大きいウエハの処理に有用であり、外部電極部材２５０はまた、絶縁体６００及び側方電気絶縁体６４０に隣接した外部電極部材２５０上に配置された裏当てリング２６０及び電気的に接地されたリング２７０とともに設けられる。この電極構成のさらなる詳細は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／６４５，６６５号に見つけることができ、その内容を参考として本明細書に援用する。望むならば、室は、ギャップ４００を取り囲むプラズマ閉込め装置を備えることができ、その詳細は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，６０２，３８１Ｂ１号及び米国特許第５，５３４，７５１号に見つけることができ、それらの全体をここに参考として本明細書に援用する。
【００３１】
さらに、図４の一部分を拡大した図５に示されるように、裏当て部材２２０とガス分配部材５００の間の接触点５２０は、ガス分配部材５００から上部シャワーヘッド電極２００及び裏当て部材２２０方向への突起として示してある。接触点５２０は、ガス分配部材５００から突出する同心円状のリングとして、図５の断面図に示してある。しかし、接触点５２０は、連続又は不連続なリングでも、間隔をあけられた個々の点でも、またＲＦ電力を伝達し、熱を通すことができる他のいかなる形状の部材でもよい。連続的な接触点リングが使用される場合、リングとシャワーヘッド電極の裏面との間で形成される各プレナム間でガスが連通できるようにするために、各リング内に各チャネルを設けることができる。一方、相互連通が必要でなく、したがって接触点リングの一方の側にあるガスが、リングの他方の側にあるガスから分離されるものである場合、チャネルを省略してもよい。例えば、図４に示されるように、ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００との間に３つの同心円状のリングが設けられる。
【００３２】
ガス分配部材５００の各接触点５２０は、所望のＲＦ及び熱の伝導量に依存する接触領域、並びに、ガスをガス分配部材５００から上部シャワーヘッド電極２００に供給するのに望ましい領域を有することができる。例えば、図５に示されるように、ガス分配部材５００と裏当て部材２２０の間の各プレナムは、それらの間でガスの流れを可能にし、接触点５２０はＲＦ及び熱の伝導を可能にする。
【００３３】
ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００との間で、接触点５２０によって設けられる接触領域は、ガス分配部材５００の全表面積の０．１％から９９．９％、例えば、１から５％、５から１５％、１５から３０％、３０から４５％、４５から６０％、６０から７５％、７５から９０％、又は９０から９９．９％であることが好ましい。
【００３４】
例示的な一実施形態では、接触点５２０は、一体成形された４つの連続リングとして設けられ、各々は０．５インチ幅である。この実施形態では、外径が約１２．２”であるガス分配部材５００上で、第１のリングは、内径が約２．５”かつ外径が３”、第２のリングは、内径が約５”かつ外径が５．５”、第３のリングは、内径が約８”かつ外径が８．５”、また第４のリングは、内径が約１１”かつ外径が１１．５”であり、上部シャワーヘッド電極２００は、ガス分配部材５００とほぼ同じ直径を有する。この実施形態では、接触領域は、ガス分配部材５００の全領域の１５から２０％である。
【００３５】
さらに、上部シャワーヘッド電極２００は、反応器及び／又はその中で実行されるプロセスに応じて、いかなる所望の寸法又は構成の、いくつかのガス出口又は多数のガス出口を有することもでき、ギャップ４００は、いかなる所望の間隔、例えば１”から１０”、２”から５”、又は３”から６”でもよい。例えば、ギャップが約６ｃｍ以上と大きい場合、例えば約９９％など９０％を超える高い接触領域を、ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００との間に提供し、ほんのわずかのガス出口だけを上部シャワーヘッド電極２００の中心に設けることができる。
【００３６】
さらに、接触ボルト２２５も示されており、接触ボルト２２５は、上部シャワーヘッド電極２００及び裏当て部材２２０をガス分配部材５００に固着し、ガス分配部材５００は、裏当て部材２２０及び上部シャワーヘッド電極２００を支持する。例えば、ガス分配部材５００を貫通する接触ボルト２２５は、裏当て部材２２０内のネジ穴に通すことができる。
【００３７】
ヒータ７００、天板８００、温度センサ９５０、電力供給装置及び温度制御装置９００を使用することに加えて、ヒータ９００と天板８００の間の温度伝導を制御することによっても、電極２００の温度をさらに制御することができる。
【００３８】
例えば、図５に示されるように、ヒータ７００には、サーマルチョーク７５０を形成する突起が含まれてもよく、又は装置１００には、ヒータ７００から分離されたサーマルチョーク７５０が含まれてもよく、サーマルチョークは、チョークリングであることが好ましい。どちらの形式のサーマルチョーク７５０も、熱の流れを制限し、ヒータ７００と天板８００の間の熱伝導を抑制し、熱の流れを制御するために、サーマルチョーク７５０の大きさ及び材料を調節することができる。例えば、熱の流れを少なくしたい場合は、サーマルチョーク７５０を狭くするか、又は、熱伝導性の低い材料から作ることができる。
【００３９】
サーマルチョーク７５０は、熱伝導性を制御するように大きさが決められることが好ましく、サーマルチョーク７５０とヒータ７００の間の接触領域は、ヒータ領域の１％から１００％、例えば１から５％、５から１５％、１５から３０％、３０から４５％、４５から６０％、６０から７５％、７５から９０％、又は９０から１００％に及ぶことができる。
【００４０】
例示的な一実施形態では、サーマルチョーク７５０は、３つの個別の連続リングとして設けられ、各々は１インチ幅である。この実施形態では、内径が３”かつ外径が１６．７”であるヒータ７００上で、第１のリングは、内径が３”かつ外径が４”、第２のリングは、内径が１０．５”かつ外径が１１．５”、また第３のリングは、内径が約１５．６”かつ外径が１６．６”である。この実施形態では、サーマルチョーク７５０とヒータ７００の間の接触領域は、ヒータ７００の全領域の２０から２５％に及ぶ。
【００４１】
サーマルチョーク７５０は、いかなる材料から作ることもできるが、ヒータ７００及び／又は天板８００に使用される材料と熱伝導性が同じかまたは低い材料から作られることが好ましい。例えば、サーマルチョーク７５０は、アルミニウム又はステンレス鋼から作ることができるが、ヒータ７００及び天板８００が、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている場合には、熱伝導性がより低いステンレス鋼から作られることが好ましい。
【００４２】
また、サーマルチョーク７５０がヒータ７００と一体である場合は、天板８００内の大きめの開口部（図示せず）を介してサーマルチョーク７５０の表面内のねじが切られた開口部内に延びてもよい留め具を用いて、ヒータ７００を天板８００に取り付けてもよい。サーマルチョーク７５０が、ヒータ７００から分離した部片である場合、サーマルチョーク７５０は、前述の通り天板８００に取り付けることができ、サーマルチョーク７５０内の開口部を貫通する追加のボルトが、ヒータ７００内のねじが切られた開口部内に通される。
【００４３】
取付けボルトが天板の外側で封止されていない場合、サーマルチョーク、ヒータ及びシャワーヘッド・アセンブリへの取付け箇所は、真空封止された領域に閉じ込めることができる。例えば、図５に示されるように、こうした真空封止された領域は、Ｏーリング９５によって、ヒータ７００と天板８００の間に設けることができる。Ｏーリングは、様々な構成部品の間に配置することもできる。例えば、Ｏーリング９５を使用して、天板８００とヒータ７００の間、ヒータ７００と絶縁体６００の間、絶縁体６００とガス分配板５００の間、及び／又はヒータ７００と電気的に接地されたリング２７０との間で、真空封止された領域を作ってもよい。
【００４４】
また、前述の通り、上部シャワーヘッド電極２００には、ＲＦ電力が加えられることが好ましい。しかし、上部シャワーヘッド電極２００（及び下部電極）は、電気的に接地されても電力が加えられてもよく、電力は、高周波（ＲＦ）又は直流（ＤＣ）の電力源によって供給されることが好ましい。１つの電極は、２以上の周波数（例えば、２ＭＨｚ及び２７ＭＨｚ）のＲＦ電力が加えられ、他の電極は接地されることが、プラズマ処理にとっては好ましい。例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，３９１，７８７号を参照されたい。この開示全体を参考として本明細書に援用する。
【００４５】
第４の実施形態では、上部シャワーヘッド電極の温度は、パターン化されたフォトレジスト（ＰＲ）内の開口部中に形成される線条を最小限に抑えるように制御され、フォトレジストは、シリコン酸化物等の層において、形状例えば高アスペクト比接触（ＨＡＲＣ）等の形状をエッチングするのに使用される。狭い形状をエッチングするときに起こる１つの問題は、重なっているＰＲの側壁上に線条が発生し得ることである。線条は、垂直に延びる不規則部であり、結果としてＰＲ側壁は粗くなる。ＰＲはエッチングにおけるマスクとして使用されているので、このような不規則部は下層に伝播される。シリコン酸化物等、下層における線条により、金属等の材料をエッチングされた形状に満たすことが難しくなり、不規則に形成された形状によって、信頼性及び性能の問題が起きることもある。これらの理由から、フォトレジストに対して選択性があり、エッチング停止が発生せず、線条の発生を低減させる酸化物エッチングプロセスを実現することが望ましい。
【００４６】
ＰＲのエッチング速度を最小限に抑え、ＰＲの損失及びＰＲ中の線条の度合いを最小限に抑えるために、上部シャワーヘッド電極の温度を高温に維持することができる。例えば、図７に示されるように、上部シャワーヘッド電極２００と組み合わせてヒータ７００を使用して、例えば上部シャワーヘッド電極の温度を約７５℃から約２２５℃に増大することで、ＰＲ上にポリマーが析出し堆積し、すなわち、ＰＲのエッチング速度が約２０Å／分から約マイナス５４０Å／分に低下する。ここで負のエッチング速度は、ＰＲ上におけるポリマーの析出及び堆積に対応する。
【００４７】
図８でさらにこれを説明する。図８には、例えば上部シャワーヘッド電極温度の対応するＰＲエッチング速度に対する影響が示されている。図８において、Ｃ４Ｆ６／Ｏ２エッチング・ガスが、パターン化されたＰＲ内の開口部を介してシリコン酸化物の層内に形状をエッチングするために供給され、上部シャワーヘッド電極は２０℃から８０℃の温度範囲にあり、シャワーヘッド温度はその周縁領域において測定される。エッチング速度はシャワーヘッド電極が８０℃のときにマイナス１０００Å／分になることから、ＰＲエッチング速度は、シャワーヘッド電極が２０℃のときの約２５０Å／分から負のエッチング速度（すなわち、ポリマーが堆積）にまで低下することが、図８に示されている。
【００４８】
さらに、図９ａ〜ｄは、上部電極温度がエッチング中に発生する線条に及ぼす影響（図９ａでは７０℃、図９ｂでは９０℃、図９ｃでは１０５℃、及び図９ｄでは１３０℃）の例を示す顕微鏡写真である。７０℃というもっとも低い温度の例である図９ａを、９０℃という２番目に低い温度の例である図９ｂと比較すると、より高いシャワーヘッド電極温度において、ＰＲ中の開口部周辺周りの線条が低減されている。このことは、図９ｃ及び図９ｄでさらに示されている。図９ｃ及び図９ｄは、それぞれ１０５℃及び１３０℃まで徐々に温度を上げ続けたものであり、やはり、増大した上部シャワーヘッド電極温度によって、ＰＲ中の開口部周辺周りの線条が低減されることを示している。
【００４９】
したがって、高温にされた上部シャワーヘッド電極によって、プラズマエッチング時のＰＲ中に形成される線条を低減することができる。
【００５０】
Ａ．ヒータ
ヒータ７００には、どんなタイプの能動ヒータも含まれ得る。ヒータ７００は少なくとも１つの抵抗加熱素子を有する金属板を備えることが好ましく、抵抗加熱素子は、板を加熱して、上部シャワーヘッド電極２００を均一に加熱する。いかなるヒータ構成を使用し得るが、熱伝導板と組み合わせた抵抗加熱素子が好ましく、板は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は同様のもの等の金属材料で作られることが好ましく、金属材料は上部シャワーヘッド電極２００と親和性がある形状に機械加工されることが好ましい。例えば、ヒータ７００は、鋳造アルミニウム合金の板の中に、少なくとも１つの抵抗加熱素子を備えることができる。
【００５１】
好ましい一実施形態によれば、温度制御装置９００が電力供給装置２５０を操作してヒータ７００に電力を供給するとき、ヒータ７００は熱を供給し、温度制御装置は、電力供給装置２５０を制御することによって、ヒータサイクル時間及び加熱状態を変化させることができる。例えば、ヒータ７００に１０秒または１２秒のパルスサイクルで約７０００ワットまでの電力を加えて、例えば８０℃から２００℃、例えば１００℃から１２０℃、１２０℃から１４０℃、１４０℃から１６０℃、又は１６０℃から１８０℃の閾値温度を、上部シャワーヘッド電極２００全体にわたって維持することができる。
【００５２】
ヒータ７００は、所定の熱インタフェース特性を有する天板８００と熱接触状態にあることが好ましい（すなわち、ヒータは間接的に天板に接触する、又は、１つまたは複数の熱伝導性材料を、ヒータと天板の間に挿入することができる）。これらの熱インタフェース特性により、ヒータ７００は、天板８００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００内の温度を制御することができるようになる。ヒータを熱的な経路の一部分として使用して、必要に応じて上部シャワーヘッド電極２００から熱を逃がしてもよく、次にヒータ７００を天板８００によって冷却することができることに留意されたい。天板８００にヒータ７００を支持させるために、室の外側から天板８００内の開口部（図示せず）を通って延びる留め具を用いて、ヒータ７００を天板８００に取り付けてもよい。
【００５３】
基板のプラズマ処理中、すなわち、プラズマが上部シャワーヘッド電極２００と下部電極の間で生成されているとき、ヒータ７００をアクティブにしてもよい。例えば、相対的に低レベルの印加電力を利用してプラズマを生成するプラズマ処理操作中に、ヒータ７００をアクティブにして、上部シャワーヘッド電極２００の温度を所望の温度範囲内に維持してもよい。誘電体材料エッチングプロセス等、相対的に高レベルの電力を利用する他のプラズマ処理操作中において、上部シャワーヘッド電極２００の温度は、連続した運転の間で十分に高いままでもよく、その結果、上部シャワーヘッド電極２００が下限温度又は閾値温度を下回って落ちることを防止するために、ヒータ７００をアクティブにする必要はない。
【００５４】
プラズマ処理装置内のＲＦ電力が加えられた上部シャワーヘッド電極２００によって生成された熱により、上部シャワーヘッド電極２００の温度がヒータを使用することなく変化することができるようにしてもよい。好ましいプラズマ処理装置内でヒータ７００と天板８００との組合せによって、例えば、８０℃以上、１００℃以上、又は約１５０℃以上という、プラズマ処理要件及び上部シャワーヘッド電極２００によって生成される熱量に依存する所定の温度を超えた上部シャワーヘッド電極２００の閾値温度を維持してもよい。ヒータ７００と天板８００との組合せにより、生産運転の初めのウエハの処理全体を通して上部シャワーヘッド電極２００の閾値温度を達成し維持すること、又は、一群のウエハが室において１枚ずつ処理される生産運転中に処理される各ウエハに対して、シャワーヘッド電極の閾値温度を維持することが好ましい。
【００５５】
熱膨張の差によるヒータ７００と天板８００との間の対向する表面の摩損を最小限に抑えるために、ヒータ７００と天板８００との対向する表面の間に潤滑材料７００を供給することができる。あるいは、サーマルチョーク７５０とヒータ７００との対向する表面の間、及び、サーマルチョーク７５０と天板８００との対向する表面の間に、潤滑材料を供給することができる。例えば、図５に示されるように、ヒータ７００の上面と天板８００の下面との間に、潤滑材料７６０の層を配置することができる。潤滑材料の位置は、Ｏーリングシールで画定された真空封止の雰囲気側にあることが好ましい。
【００５６】
対向する表面間の動きに起因する摩損を最小限に抑えるために、潤滑材料７６０の接触抵抗は低レベルにあることが好ましい。さらに、潤滑材料７６０は、ヒータ７００から天板８００及び／又はサーマルチョーク７５０への十分な熱伝達を実現するために十分な熱伝導性を有することが好ましい。潤滑材料７６０は、ヒータ７００と絶縁体６００との対向する表面間、及び／又はガス分配板５００と上部シャワーヘッド電極２００との間等、他の構成部品の表面上にも使用できることに留意されたい。
【００５７】
これらの特性を提供する好ましい材料は、オハイオ州クリーブランドのＵＣＡＲ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から市販されている「グラフォイル（ＧＲＡＦＯＩＬ）」等の黒鉛材料である。潤滑材料７６０は、好ましくは約０．０１インチから約０．０６インチ、より好ましくは約０．０３インチの厚さを有するガスケットであることが好ましい。潤滑材料７６０は、例えばヒータ７００とサーマルチョーク７５０との間、及び／又はサーマルチョーク７５０と天板８００との間等、構成部品の表面に形成された環状のくぼみ中に保持されるリング形状のガスケットであることが好ましい。
【００５８】
ヒータ７００は、金属製の加熱素子、又は、高分子材料の対向する層の間に配置された抵抗加熱材料による積層板であることが好ましい加熱素子を備える。例えば、金属製の加熱素子は、鋳物金属ヒータのケース内の加熱素子、又は、ヒータ内に形成されたチャネル内に配置された加熱素子でよい。あるいは、積層板加熱素子が使用される場合、積層板は、ヒータ７００によって２００℃にまで達する動作温度に耐えることができなければならない。積層板加熱素子が使用される場合、積層板加熱素子内の積層材は電気絶縁体の役割を果たすこともあるため、絶縁体６００は任意選択でもよいことに留意されたい。積層板内に使用してもよい例示的な高分子材料は、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（登録商標）との商標で販売されているポリイミドであり、イー．アイ．デュポン社（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている。
【００５９】
ヒータ７００は、上部シャワーヘッド電極２００にわたって熱的に均一に加熱する、いかなる適切なパターンで構成された１つ以上の加熱素子を有してもよい。例えば、ヒータ７００は、ジグザグ、蛇行又は同心パターン等、規則的又は不規則的なパターンの抵抗加熱線を有してもよい。
【００６０】
Ｂ．天板
天板８００は、ヒータ７００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御することが好ましく、天板８００を使用して、ヒータ７００を貫通する熱的な経路を介して、ヒータ７００及び／又は上部シャワーヘッド電極２００を冷却してもよい。天板８００は、どんな熱伝導性材料を使用してもよいが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られることが好ましい。シャワーヘッドアセンブリは、設置されたとき、室の内部の天板８００の下側を覆うことが好ましい。
【００６１】
天板８００は、温度制御された流体が循環してもよい、１つ以上の流路を備える。温度制御された流体は、例えば、脱イオン水等の熱伝達流体（液体又はガス）であることが好ましい。さらに、天板８００は、装置１００、ヒータ７００、及び／又は上部シャワーヘッド電極２００に対して、必要に応じて電気的なアース及びヒートシンクの役割を果たすことが好ましい。
【００６２】
Ｃ．温度センサ
装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００の温度を監視するために、熱電対又は光ファイバ装置等、１つ以上の温度センサ９５０を含み得る。好ましい一実施形態では、温度センサ９５０は、温度制御装置９００によって監視され、温度制御装置９００は、電力供給装置２５０からヒータ７００への電力を制御し、かつ／又は、監視温度の機能として、流体制御装置８５０から天板８００を介した流体の流れを制御する。したがって、上部シャワーヘッド電極２００を所定の温度若しくは温度範囲で又はその周辺で、加熱し、冷却し、又は維持するために、温度センサ９５０によって温度制御装置９００に提供されるデータにより、電力供給装置２５０又は流体制御装置８５０は、温度制御装置９００によってアクティブにされ、連続的又は間欠的な態様で、電力又は冷却流体を、それぞれヒータ７００及び／又は天板８００に供給することができるようになる。能動的な加熱及び／又は冷却の結果として、上部シャワーヘッド電極２００の温度は、現在の下限温度又は閾値温度を下回ること、若しくは、現在の上限温度を超えて増大することが防止され、又は、予め定められた温度又はその周辺に保持され得る。
【００６３】
Ｄ．ガス分配部材
前述の通り、装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００と流体連通し、上部シャワーヘッド電極２００の上に配置されるガス分配部材５００を含み得る。好ましくは、ガス分配部材５００と組み合わせて上部シャワーヘッド電極２００を使用することにより、プロセスガスは、処理中の基板上にある１つ以上のガス分配区画に送り届けられる。さらに、バフルにガスの流れを制御させる必要もなく、ガス分配部材５００を使用して、ガスを上部シャワーヘッド電極２００の裏面に分配することができる。例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，５０８，９１３号を参照されたい。そこには、混合ガスを室の中の各区画に送り届けるための複数のガス供給装置及びガス供給ラインを備える、半導体基板を処理するためのガス分配システムが開示されており、ここに参考として、その全体を本明細書に援用する。
【００６４】
ガス分配部材５００の好ましい一実施形態が図１０に示されており、ガス分配部材５００は、半径方向又は横方向に延びる円形金属板５０５及び軸方向に延びる円筒形のハブ５０８を備え、その両方とも、軸方向に延びるハブ５０８に供給されるガスが金属板５０５を通過し、シャワーヘッド電極２００の裏面における１つ以上のプレナムに至ることができるように、アルミニウムで作られ、接触領域１７０において同軸状に位置合せされることが好ましい。ハブ５０８及び円形金属板５０５は、単一部片の材料、又は、接着若しくは機械的な固定で一体化された複数部片の材料から形成することができる。図４に示されるように、軸方向に延びるハブ５０８及び金属板５０５は、単一部片の材料とすることができる。あるいは、金属板５０５は、接着又は機械的な固定で一体化された２枚のオーバーラップする板で構成することができ、例えば、図４に示されるように、金属板１０６内の出口を介してプロセスガスを金属板１０６と電極２００との間の１つ以上のプレナムに供給するために、別の金属板１０６を金属板５０５の下面に取り付けて、両者の間にガスチャネルを有することができる。あるいは、軸方向に延びるハブ５０８及び別個の金属板５０５は、図１及び図２に示されるように、ガス分配板５００を備えることができる。
【００６５】
また、図２及び図５に示されるように、ガス分配部材５００を使用して、ＲＦ電力をＲＦ電力供給装置５７０から上部シャワーヘッド電極２００に送り届けることができる。例えば、軸方向に延びるハブ５０８、金属板５０５を介し、上部シャワーヘッド電極２００にわたってＲＦ電力を供給してもよいように、ＲＦ発生器からのＲＦ電力は、ハブ５０８上のＲＦ入力接続点に取り付けられたケーブルを介して供給することができる。
【００６６】
好ましい一実施形態では、環状の分配管路１５１、管路１５１と流体接続する半径方向に延びるガス流路１６０、及び、流路１６０と流体接続する軸方向に延びるガス出口１１５，１２２，１２５を形成するために、金属板５０５は、本体を貫く交差した内腔を備える。例えば、図１０及び図１１を参照されたい。同様に、図１０に示されるように、１つ以上の軸方向に延びるガス供給路１１０，１２０を形成するために、軸方向に延びるハブ５０８はまた、本体を貫いて穴をあけることが好ましい。ガス供給路１１０，１２０、管路１５１、ガス流路１６０及び出口１１５，１２２，１２５を使用して、ガス分配部材５００は、上部シャワーヘッド電極２００の裏面において、１つ以上のプレナムにガスを分配してもよく、図１０に示すように、ガス流路１６０は、管路１５１を介して、軸方向に延びるハブ５０８内の１つ以上のガス供給路１１０，１２０に接続される。したがって、異なるプロセスガスの化学反応及び／又は流量を、処理中の基板にわたって１つ以上の区画に適用することができる。
【００６７】
一実施形態では、バフルを使用することなくガスの流れを分配することができるので、例えば、装置１００は、ガスの流れをガス供給装置５５０から出口１１５，１２２，１２５へと制御するための制御ポイント１２８を含んでもよい。図１０に示されるように、これらの制御ポイント１２８は、制御ポイント１２８を介して流れ、出口１１５，１２２，１２５に至るガスの量を制御することができる締付け板であることが好ましい。
【００６８】
上部シャワーヘッド電極２００の裏面で１つ以上のプレナムにガス流路を介してガスを導くために、ガス分配部材５００は、上部シャワーヘッド電極２００と接触する１つ以上のガス封止又は障壁を備えることが好ましい。例えば、図１０に示されるように、金属板５０５の下側と上部シャワーヘッド電極２００の裏面との間のＯーリング障壁１８０を使用して、金属板５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間にプレナム、例えば中央プレナム１９０及び外方プレナム１９５を確立することができる。
【００６９】
ガス供給装置５５０は、１つ以上の個々のガス又は混合ガスを、シャワーヘッド電極２００の裏面におけるそれぞれのプレナムに供給することができる。例えば、半導体基板の処理中にギャップ４００内で所望のプロセスガス分配を達成するために、内方及び外方プレナムには、異なる流量の同一プロセスガス及び／又は互いに異なるガス若しくは混合ガスを供給することができる。
【００７０】
Ｅ．絶縁体
装置には、絶縁体６００も含まれ得る。絶縁体６００は、熱伝導性であるが電気的に絶縁性であることが好ましく、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素等のセラミックであることがより好ましい。この絶縁体６００は、上部シャワーヘッド電極２００に加えられるＲＦ電力を、他の電力源、及び、ヒータ７００用等の他の電力源に関連する他の導電部分から絶縁する助けとして有用である。したがって、ヒータのＡＣ又はＤＣ電力と上部シャワーヘッド電極２００のＲＦ電力との間の電気的な干渉が低減された状態で、上部シャワーヘッド電極２００を加熱することができるように、絶縁体６００により、ヒータ７００を電気的に絶縁するが上部シャワーヘッド電極２００と熱的に接触して配置することができる。
【００７１】
絶縁体６００は、ガス分配部材５００とヒータ７００との間の領域を実質上満たす大きさにすることが好ましいが、ガス分配部材５００の外周縁領域を電気的に絶縁する第２の部分６２０を含むような形状にすることもできる。しかし、絶縁体６００は、ヒータ７００、及び、天板８００等の他の導電部品を、上部シャワーヘッド電極２００、及び、ガス分配部材５００等、それに関係する導電性のＲＦ供給経路に加えられるＲＦ電力から電気的に絶縁するような形状にすることが最も好ましい。
【００７２】
さらに、絶縁体は、所定の電力レベルに対して所定のレベルの電気的な絶縁を実現するような大きさにすることが好ましい。例えば、２３００  Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマ室に設けられている絶縁体層６００は、本出願の譲受人であるラム  レサーチ  コーポレイションによって製造され、厚さが０．２から１．０インチ、より好ましくは０．３から０．８インチ、例えば０．５から約０．７５インチになるような大きさにすることができる。
【００７３】
Ｆ．サブアセンブリ
装置１００の各構成部品を構造的に支持するために、機械的な留め具を使用して、構成部品を互いに対して所定の位置に保持する。金属ボルトを機械的な留め具として使用することが好ましく、ボルトを使用して、装置１００内で構成部品の各々を取り付ける。２つの別々のサブアセンブリを使用して、装置１００のアセンブリを簡略化すること、及び、装置１００内の構成部品の保守及び置換えをうまく進めることが好ましい。
【００７４】
第１のサブアセンブリを形成するために、ガス分配部材５００を貫通してシャワーヘッド電極２００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、上部シャワーヘッド電極２００はガス分配部材５００に取り付けられ、次には、絶縁体６００を貫通してガス分配部材５００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、絶縁体６００に取り付けられる。第２のサブアセンブリを形成するために、天板８００を貫通してサーマルチョーク７５０の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、サーマルチョーク７５０は天板８００にボルト止めされ、ヒータ７００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、天板８００はヒータ７００にボルト止めされる。次いで、天板８００及びヒータ７００を貫通して絶縁体６００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、第１のサブアセンブリは第２のサブアセンブリに取り付けることができる。一般に、第２のサブアセンブリは、第１のサブアセンブリよりも長い期間使用するものである。すなわち、第１のサブアセンブリは、第２のサブアセンブリが装置についたままで、置き換えることができる。
【００７５】
さらに、前述の通り、摩損を最小限に抑えるために、装置１００の様々な構成部品の対向する表面間の真空封止可能な領域に、潤滑材料が供給されることが好ましい。
【００７６】
図１２に示されるように、第１のサブアセンブリ１０００は、上部シャワーヘッド電極２００をガス分配部材５００に固定するボルト２２５、及び、ガス分配部材５００を絶縁体６００に固定するためのボルト９３０を備えることが好ましい。さらに、第２のサブアセンブリ１１００は、天板８００をサーマルチョーク７５０に固定するボルト９４０、及び、天板８００をヒータ７００に固定するボルト９１０を備えることが好ましい。あるいは、サーマルチョーク７５０を天板８００にボルト止めするのに先立って、ボルト９５０によりサーマルチョーク７５０をヒータ７００にボルト止めすることができる。
【００７７】
好ましい一実施形態では、図１２に示されるように、各ボルトが、重なっている部品から、位置合せされた各穴を貫通し、留め具にねじを切ることができるように、サブアセンブリ１０００，１１００の各部品は、各部品の下面内の階段状の開口部に配置された留め具９００を備えることが好ましい。こうした留め具の詳細は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／６２３，５４０号に示してあり、その全内容を参考として本明細書に援用する。
【００７８】
本発明を、その具体的な実施形態を参照しながら詳細に記述してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を加え、均等物を利用してもよいことが、当業者には明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】シャワーヘッド電極アセンブリの好ましい実施形態を示す図である。
【図２】シャワーヘッド電極アセンブリの好ましい実施形態を示す図である。
【図３】シャワーヘッド電極アセンブリを動作させる好ましい方法を示す図である。
【図４】シャワーヘッド電極アセンブリの好ましい実施形態を示す図である。
【図５】シャワーヘッド電極アセンブリの好ましい実施形態を示す図である。
【図６】シャワーヘッド電極の好ましい実施形態を動作させる温度を示す図である。
【図７】シャワーヘッド電極温度の例示的なフォトレジストエッチング速度に対する影響を示す図である。
【図８】シャワーヘッド電極温度のＣ４Ｆ６／Ｏ２エッチングガスを使用する例示的なフォトレジストエッチング速度に対する影響を示す図である。
【図９Ａ】模様のあるフォトレジストを８０，０００倍の倍率で撮った顕微鏡写真である。
【図９Ｂ】模様のあるフォトレジストを８０，０００倍の倍率で撮った顕微鏡写真である。
【図９Ｃ】模様のあるフォトレジストを８０，０００倍の倍率で撮った顕微鏡写真である。
【図９Ｄ】模様のあるフォトレジストを８０，０００倍の倍率で撮った顕微鏡写真である。
【図１０】ガス分配部材の好ましい実施形態を示す図である。
【図１１】ガス分配部材の好ましい実施形態を示す図である。
【図１２】サブアセンブリの付属物の好ましい一実施形態を示す図である。
【図１】
2007535817.tif 000003
【図２】
2007535817.tif 000004
【図３】
2007535817.tif 000005
【図４】
2007535817.tif 000006
【図５】
2007535817.tif 000007
【図６】
2007535817.tif 000008
【図７】
2007535817.tif 000009
【図８】
2007535817.tif 000010
【図９Ａ】
2007535817.tif 000011
【図９Ｂ】
2007535817.tif 000012
【図９Ｃ】
2007535817.tif 000013
【図９Ｄ】
2007535817.tif 000014
【図１０】
2007535817.tif 000015
【図１１】
2007535817.tif 000016
【図１２】
2007535817.tif 000017
【国際調査報告】
2007535817.tif 000018