(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体要素が製造されうるプラズマ処理チャンバーにおける上部電極として使用されるシャワーヘッド電極を提供する。【解決手段】シャワーヘッド電極は、その外側周辺に内側段差および外側段差を含み、前記外側段差は、前記電極をバッキングプレートに機械的にとりつけるクランプリングと協働する。【選択図】図１Ｃ
0003150053.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容量結合プラズマ処理チャンバーの上部電極として使用されるシャワーヘッド電極であって、
下部面にプラズマ露出面を有し、上部面にマウント面を有する円形プレートを備え、前記内側面は、前記円形プレートの外側周辺に内側段差および外側段差を含み、
前記内側段差は、前記外側段差よりも小さい直径を有し、前記外側段差は、前記内側段差と前記搭載面との間に配置され、前記外側段差は、クランプリングに設けられた内側方向に延びたフランジに係合するように構成され、前記内側段差は、外側電極に係合するように構成され、前記外側電極は、前記外側電極の内側テーパー面が前記プラズマ露出面の外側エッジから延びるように前記シャワーヘッド電極を取り囲んでいて、
前記搭載面は、複数のアライメントピン凹部を含み、前記複数のアライメントピン凹部は、バッッキングプレートのアライメントピンホールに一致したパターンで配列されたアライメントピンを受け入れるように構成され、前記バッッキングプレートに対して、前記円形プレートが前記クランプリングによって保持され、
前記円形プレートは、前記バッッキングプレートのガス供給ホールに一致したパターンで配列された処理ガス出口を含み、前記処理ガス出口は、前記上部面と前記下部面との間に延びるガス経路に連通している、
ことを特徴とするシャワーヘッド電極。
【請求項２】
前記アライメントピン凹部は、中心ピン凹部と、前記中心ピン凹部の両側の少なくとも１つの中間ピン凹部と、前記内側段差および前記外側段差を覆っている前記上部面の外側ゾーンにおいて円周方向に離隔して配置された複数のピン凹部を有する、
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。
【請求項３】
前記円形プレートは、単結晶シリコンである、
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。
【請求項４】
前記ガス出口は、円周状の列のパターンで配列されている、
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。
【請求項５】
前記ガス出口のパターンは、３または４列をグループとして配列された１３個の円周状の列を含み、各グループにおける隣接する列の間の距離は、列の隣接するグループ間を隔てる半径距離よりも小さい、
ことを特徴とする請求項４に記載のシャワーヘッド電極。
【請求項６】
前記外側段差は、前記外側周辺から第１距離だけ内側に延びた水平面を有し、前記内側段差は、前記外側段差から第２距離だけ内側に延びた水平面を有し、前記第１距離が前記第２距離よりも少なくとも２倍の大きさを有する、
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。
【請求項７】
前記円形プレートは、平行な上部面および下部面を有し、前記上部面と下部面との間の厚さが０．５ｉｎｃｈ（１２．５ｍｍ）以下であり、前記外側段差の前記水平面は、第１垂直距離だけ前記上部面から離れていて、前記内側段差の前記水平面は、第２垂直距離だけ前記下部面から離れていて、前記上部段差の前記水平面は、第３垂直距離だけ前記下部段差の前記水平面から離れていて、前記第１垂直距離は前記第２垂直距離より大きく、前記第２垂直距離は前記第３垂直距離より大きい、
ことを特徴とする請求項６に記載のシャワーヘッド電極。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体要素が製造されうるプラズマ処理チャンバーにおける上部電極として使用されるシャワーヘッド電極に関する。
【考案の開示】
【０００２】
容量結合プラズマ処理チャンバーの上部電極として使用されるシャワーヘッド電極は、円形プレートを備え、前記円形プレートは、その下部面にプラズマ露出面を有し、その上部面にマウント面を有する。前記下部面は、前記円形プレートの外側周辺に内側段差および外側段差を含む。前記内側段差は、前記外側段差よりも小さい直径を有し、前記外側段差は、前記内側段差と前記搭載面との間に配置されている。前記外側段差は、クランプリングに設けられた内側方向に延びたフランジに係合するように構成され、前記内側段差は、外側電極に係合するように構成されている。前記外側電極は、前記外側電極の内側テーパー面が前記プラズマ露出面の外側エッジから延びるように前記シャワーヘッド電極を取り囲んでいる。前記搭載面は、複数のアライメントピン凹部を含む。前記複数のアライメントピン凹部は、バッッキングプレートのアライメントピンホールに一致したパターンで配列されたアライメントピンを受け入れるように構成されている。前記バッッキングプレートに対して、前記円形プレートが前記クランプリングによって保持され、前記円形プレートは、前記バッッキングプレートのガス供給ホールに一致したパターンで配列された処理ガス出口を含む。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００３】
図１Ａ〜１Ｄは、前記シャワーヘッド電極の詳細を示している。ここで、図１Ａは、１３列のガスホールを有する前記シャワーヘッド電極５０４の前記プラズマ露出面の前方からの平面視を示している。図１Ｂは、１３列のガスホールと６個のピンホール５２０を有する上部面５２２の前方からの平面視を示している。図１Ｃは、前記プラズマ露出面に最も近い前記内側段差と前記シャワーヘッド電極の前記上部面に最も近い外側段差とを有する側面視を示している。図１Ｄは、図１Ｃの細部Ｄの拡大視を示している。
【０００４】
集積回路チップの製造は、典型的には、高純度の単結晶半導体材料（例えば、シリコンまたはゲルマニウム）基板の薄い研磨されたスライス（”ウエハ”と呼ばれる）から始まる。各ウエハは、ウエハ上に様々な回路構造を形成する物理的および化学的な処理ステップを受ける。製造プロセスにおいて、様々なタイプの薄膜がウエハ上に堆積される。これは、様々技術、例えば、二酸化シリコン膜を形成する熱酸化、シリコン膜、二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を形成する化学気相成長、他の金属膜を形成するスパッタリングまたは他の技術を使ってなされうる。
【０００５】
半導体ウエハの上に膜を堆積した後に、半導体の特有の電気特性が、ドーピングと呼ばれるプロセスを用いて半導体結晶格子を選択された不純物で置き換えることによってつくられる。ドープされたシリコンウエハは、その後、レジストと呼ばれる感光性または放射線感受性の薄い層によって均一にコーティングされうる。次いで、回路における電子の経路を定義する小さな幾何学的パターンが、リソグラフィーとして知られているプロセスを用いてレジスト上に転写される。リソグラフィープロセスにおいて、集積回路パターンは、マスクと呼ばれるガラスプレート上に描かれ、孫後に、感光性コーティング上に光学的に縮小して投影され転写される。
【０００６】
リソグラフィープロセスを経たレジストは、次いで、エッチングとして知られるプロセスを通してその下にある半導体材料の結晶表面に転写される。基板上の材料のエッチングおよび化学気相成長（ＣＶＤ）のために、一般に真空処理チャンバーが使用される。これは、エッチングガスまたは成長ガスを前記真空チャンバーに供給し、当該ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするために当該ガスに高周波（ＲＦ）の場を印加することによってなされる。
【０００７】
反応性イオンエッチングシステムは、典型的には、エッチングチャンバーからなり、その中には、上部電極あるいはアノードと、下部電極あるいはカソードとが配置されている。前記カソードは、前記アノードおよび容器壁に対して負のバイアスを受ける。エッチングされるウエハは、適切なマスクによって覆われていて、前記カソードの上に直接に置かれる。ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣｌＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２およびＳＦ６、または、それらとＯ２、Ｎ２、ＨｅまたはＡｒとの混合物などの化学反応ガスが前記エッチングチャンバーに導入され、典型的にはミリトールレンジの圧力に維持される。前記上部電極にはガスホール（単数または複数）が設けられていて、前記チャンバーの中に前記電極を通してガスが均一に分散されることを可能にする。前記アノードと前記カソードとの間に形成される電界は、プラズマを形成する反応ガスを解離させる。ウエハの表面は、反応性イオンとの化学的相互作用およびウエハの表面に衝突するイオンの運動量伝達によってエッチングされる。前記電極によって形成される電界は、イオンを前記カソードに引き付け、当該プロセスによって明確に垂直にエッチングされた側壁が形成されるように該イオンを前記表面に対して主に垂直に衝突させる。前記エッチング反応室電極は、しばしば２以上の異形状の部材を機械的に柔軟な、および／または、熱的に導電性を有する接着剤を使って製作されうる。
【０００８】
図１Ａ〜１Ｄは、シャワーヘッド電極５０４の詳細を示している。前記電極５０４は、好ましくは、アライメントピン５２４を受け入れるアライメントピンホール５２０を上部面（マウント面）５２２に有し、クランプリング（不図示）および外側電極の内側リップ（不図示）に係合する段差を外側エッジ５２６に有する高純度（１０ｐｐｍ未満の不純物）で低抵抗（０．００５〜０．０２ｏｈｍ−ｃｍ）の単結晶シリコンであることが好ましい。適切な直径および／または構成のガスホール５２８（例えば、直径が０．０１７ｉｎｃｈ（０．４３ｍｍ）のホール）が前記上部面から前記下部面（プラズマ露出面）５３０に延びていて、これらは、あらゆる適正なパターンで配列されうる。ここで示された実施形態では、ガスホールは、１３本の円周状に延びた列に配列されていて、前記電極の中心から約０．２５ｉｎｃｈ（６．３５ｍｍ）の位置に配置された第１列内の４個のガスホールと、前記中心から約０．７ｉｎｃｈ（１７．８ｍｍ）の位置に配置された第２列内の１０個のガスホールと、前記中心から１．２５ｉｎｃｈ（３１．８ｍｍ）の位置に配置された第３列内の２０個のガスホールと、前記中心から１．９５ｉｎｃｈ（４６．８ｍｍ）の位置に配置された第４列内の２６個のガスホールと、前記中心から２．３ｉｎｃｈ（５８．４ｍｍ）の位置に配置された第５列内の３０個のガスホールと、前記中心から２．７ｉｎｃｈ（６８．６ｍｍ）の位置に配置された第６列内の３６個のガスホールと、前記中心から３．０５ｉｎｃｈ（７７．５ｍｍ）の位置に配置された第７列内の４０個のガスホールと、前記中心から３．７５ｉｎｃｈ（９５．３ｍｍ）の位置に配置された第８列内の５２個のガスホールと、前記中心から４．１ｉｎｃｈ（１０４．１４ｍｍ）の位置に配置された第９列内の５８個のガスホールと、前記中心から４．５ｉｎｃｈ（１１４．３ｍｍ）の位置に配置された第１０列内の６２個のガスホールと、前記中心から５．２ｉｎｃｈ（１３２．０８ｍｍ）の位置に配置された第１１列内の７０個のガスホールと、前記中心から５．４５ｉｎｃｈ（１３８．４３ｍｍ）の位置に配置された第１２列内の７４個のガスホールと、前記中心から５．７５ｉｎｃｈ（１４６．０５ｍｍ）の位置に配置された第１３列内の８０個のガスホールを有する。
【０００９】
前記電極の前記上部面は、前記中心の近くの３個のピンホールと、前記電極の前記外側エッジの近くの３個のピンホールとで構成される６個のアライメントピンホール５２０を含む。前記ピンホールは、約０．１１６ｉｎｃｈ（２．９５ｍｍ）の直径を有しうる。前記３個の中央のピンホールは、半径方向に整列され、前記電極の中心に約０．１６０ｉｎｃｈ（４．０６ｍｍ）の深さを有する１つのピンホールと、当該中心のピンホールから約１．６ｉｎｃｈ（４０．６ｍｍ）の位置であってガスホールの第３列と第４列との間に約０．２００ｉｎｃｈ（５．０８ｍｍ）の深さを有する２つのピンホールとを含む。前記外側のピンホールは、約０．１００ｉｎｃｈ（２．５４ｍｍ）の深さを有し、前記中央のピンホール群に対して半径方向に整列し、前記中心のピンホールから約６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）の位置に配置された１つのピンホールと、前記中心のピンホールからのオフセットが９７．５°、１７０°の２つの他のピンホールとを含む。前記２つのピンホールである第２および第３の外側のピンホールは、前記中心のピンホールから等距離にあり、相互のオフセットは９２．５°である。
【００１０】
前記外側段差は、前記シリコンプレートの全周にわたって延びるように前記シリコンプレートを加工した内側段差５３２および外側段差５３４を含む。好適な実施形態では、前記シリコンプレートは、約０．４００ｉｎｃｈ（１０．１６ｍｍ）の厚さ約１２．５６０ｉｎｃｈ（３１９．０２ｍｍ）の直径とを有し、前記内側段差５３２は、１２．００４ｉｎｃｈ（３０４．９０ｍｍ）の内側直径と、１２．１３５ｉｎｃｈ（３０８．２３ｍｍ）の外側直径を有し、前記プラズマ露出面５３０中に約０．１３ｉｎｃｈ（３．３０ｍｍ）延びている。前記外側段差５３４は、約１２．１３５ｉｎｃｈ（３０８．２３ｍｍ）の内側直径と、約１２．５６０ｉｎｃｈ（３１９．０２ｍｍ）の外側直径を有し、前記プラズマ露出面５３０中に約０．２４ｉｎｃｈ（６．１０ｍｍ）延びている。前記内側段差５３２は、約０．１３ｉｎｃｈ（０．３１２ｍｍ）の長さの垂直面５３２ａと、約０．０６５ｉｎｃｈ（１．６５ｍｍ）の長さの水平面５３２ｂを有し、前記外側段差５３４は、約０．１１ｉｎｃｈ（２．７９４ｍｍ）の長さの垂直面５３４ａと、約０．２１８ｉｎｃｈ（５．５３７ｍｍ）の長さの水平面５３４ｂを有する。
【００１１】
図１Ａは、１３列のガスホールを有する前記電極５０４の前記プラズマ露出面５３０を示す前方からの平面視を示している。図１Ｂは、１３列のガスホールと６個のピンホール５２０を有する上部面５２２の前方からの平面視を示している。図１Ｃは、前記プラズマ露出面に最も近い前記内側段差と前記電極の前記上部面に最も近い外側段差とを有する側面視を示している。図１Ｄは、図１Ｃの細部Ｄの拡大視であって、６つの丸められた角を有する前記内側段差および前記外側段差を示している。前記６つの丸められた角は、前記上部面５２２の前記外側エッジ、前記下部面５３０の前記外側エッジ、前記水平および垂直面５３２ａ、５３２ｂ、５３４ａ、５３４ｂの相互に角を構成する変わり目、および、上部および下部面５２２、５３０（例えば、０．０２５ｉｎｃｈ（０．６２５ｍｍ）半径での丸め）に設けられている。
【００１２】
本考案は、その特定の実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者により実用新案登録請求の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更および変形がなされ、均等物が採用されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】１３列のガスホールを有する前記シャワーヘッド電極のプラズマ露出面の前方からの平面視を示す図である。
【図１Ｂ】１３列のガスホールと６個のピンホールを有する上部面の前方からの平面視を示す図である。
【図１Ｃ】プラズマ露出面に最も近い内側段差とシャワーヘッド電極の上部面に最も近い外側段差とを有する側面視を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの細部Ｄの拡大視を示す図である。
【図１Ａ】
0003150053.tif 000003
【図１Ｂ】
0003150053.tif 000004
【図１Ｃ】
0003150053.tif 000005
【図１Ｄ】
0003150053.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月20日(2009.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容量結合プラズマ処理チャンバーの上部電極として使用されるシャワーヘッド電極であって、
下部面にプラズマ露出面を有し、上部面に搭載面を有する円形プレートを備え、前記下部面は、前記円形プレートの外側周辺に内側段差および外側段差を含み、
前記内側段差は、前記外側段差よりも小さい直径を有し、前記外側段差は、前記内側段差と前記搭載面との間に配置され、前記外側段差は、クランプリングに設けられた内側方向に延びたフランジに係合するように構成され、前記内側段差は、外側電極に係合するように構成され、前記外側電極は、前記外側電極の内側テーパー面が前記プラズマ露出面の外側エッジから延びるように前記シャワーヘッド電極を取り囲んでいて、
前記搭載面は、複数のアライメントピン凹部を含み、前記複数のアライメントピン凹部は、バッキングプレートのアライメントピンホールに一致したパターンで配列されたアライメントピンを受け入れるように構成され、前記バッキングプレートに対して、前記円形プレートが前記クランプリングによって保持され、
前記円形プレートは、前記バッキングプレートのガス供給ホールに一致したパターンで配列された処理ガス出口を含み、前記処理ガス出口は、前記上部面と前記下部面との間に延びるガス経路に連通している、
ことを特徴とするシャワーヘッド電極。
【請求項２】
前記アライメントピン凹部は、中心ピン凹部と、前記中心ピン凹部の両側の少なくとも１つの中間ピン凹部と、前記内側段差および前記外側段差を覆っている前記上部面の外側ゾーンにおいて円周方向に離隔して配置された複数のピン凹部を有する、
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。
【請求項３】
前記円形プレートは、単結晶シリコンである、
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。
【請求項４】
前記ガス出口は、円周状の列のパターンで配列されている、
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。
【請求項５】
前記ガス出口のパターンは、３または４列をグループとして配列された１３個の円周状の列を含み、各グループにおける隣接する列の間の距離は、列の隣接するグループ間を隔てる半径距離よりも小さい、
ことを特徴とする請求項４に記載のシャワーヘッド電極。
【請求項６】
前記外側段差は、前記外側周辺から第１距離だけ内側に延びた水平面を有し、前記内側段差は、前記外側段差から第２距離だけ内側に延びた水平面を有し、前記第１距離が前記第２距離よりも少なくとも２倍の大きさを有する、
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。
【請求項７】
前記円形プレートは、平行な上部面および下部面を有し、前記上部面と下部面との間の厚さが０．５ｉｎｃｈ（１２．５ｍｍ）以下であり、前記外側段差の前記水平面は、第１垂直距離だけ前記上部面から離れていて、前記内側段差の前記水平面は、第２垂直距離だけ前記下部面から離れていて、前記上部段差の前記水平面は、第３垂直距離だけ前記下部段差の前記水平面から離れていて、前記第１垂直距離は前記第２垂直距離より大きく、前記第２垂直距離は前記第３垂直距離より大きい、
ことを特徴とする請求項６に記載のシャワーヘッド電極。