(57)【要約】  処理チャンバ内のガスの流れを制御する装置が、ここに提示される。幾つかの実施形態では、処理チャンバ内において基板支持体上部に配置された処理空間と処理チャンバ内において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有する処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置は、基板支持体の基板支持体表面の高さに近接して基板支持体を囲む環状プレートを含み、該環状プレートは処理チャンバの内周面に向かって半径方向外向きに延びて、環状プレートの外縁と該内周面との間に均一ギャップを規定しており、該均一ギャップは、処理空間から吐出空間への均一な流路を提供する。
2013533640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内において基板支持体上部に配置された処理空間と、処理チャンバ内において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有する、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置であって、
前記基板支持体の基板支持体表面の高さに近接して該基板支持体を囲む環状プレートを備え、
前記環状プレートが、前記処理チャンバの内周面に向かって半径方向外向きに延びて、該環状プレートの外縁と前記内周面との間に均一なギャップを規定しており、
前記均一ギャップが、前記処理空間から前記吐出空間への均一な流路を形成するようにされたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記環状プレートの前記外縁と前記処理チャンバの前記内周面との間の前記均一なギャップは、前記処理空間から前記吐出空間へガスが流れるとき、閉塞された流れ条件を維持するように、前記処理空間から前記吐出空間への流れを十分に制限するものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記基板支持体は静電チャックを備える、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記処理チャンバは、非対称なガス流れを該処理チャンバ内にもたらすように前記処理チャンバ側部に配置されたポンプポートを備える、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項５】
処理チャンバ内において基板支持体上部に配置された処理空間と該処理チャンバ内において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有し、前記基板支持体が静電チャックを含む処理チャンバと、
前記基板支持体の基板支持体表面の高さに近接して前記基板支持体を囲む環状プレートと、を備え、
前記環状プレートは、前記処理チャンバの壁に向かって半径方向外向きに延びて、前記処理空間から前記吐出空間へガスが流れるとき閉塞した流れ条件を維持するように、前記処理空間から前記吐出空間への流れを十分に制限する均一なギャップを該環状プレートの外縁と前記処理チャンバの内周面との間に規定しており、
前記処理チャンバ内部の非対称のガス流れをもたらすようにポンプポートが前記処理チャンバ側部に配置された、ことを特徴とする、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置。
【請求項６】
前記均一ギャップは、前記処理空間から前記吐出空間への均一流路を提供するものである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記均一ギャップは、約０．０９インチから約１．２４インチの幅を有する、請求項１、請求項２又は請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記処理チャンバは、該処理チャンバ内の壁の内周に近接配置されたライナーを含み、前記ライナーは少なくとも該内周面の一部を規定し、そのため均一ギャップは環状プレートの外縁とライナーにより規定される、請求項１、請求項２又は請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記均一な流路を通るガス流の圧力低下は、約４０ｍＴｏｒｒまでであることを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記環状プレートは、石英、イットリウム又はセラミックから構成される、請求項１、請求項２又は請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板支持体は、基板支持体を垂直方向に移動させるように構成されたリフトを備える、請求項１、請求項２又は請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に半導体処理に関し、より詳細には、基板を処理するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術のための限界寸法が微小化し続けるにつれ、半導体基板を均一に処理することができる半導体処理設備の必要性が高まっている。この必要性が生じ得る一例として、処理チャンバ内に配置された基板の表面近傍における処理ガスの流れを制御することが挙げられる。本発明者らは、処理チャンバの側面から単一のポンプを利用して処理ガスを排出する従来の処理チャンバには、処理チャンバ内の不均一で非対称な処理ガスの流れに少なくとも部分的に起因すると考えられる処理の不均一性（例えば、不均一なエッチング速度、及び／又は、不均一な限界寸法）が存在することを観察した。また、本発明者らは更に、そのような処理ガスの非対称な流れにより、更にプラズマの不均一性も生じることを観察している。
【０００３】
従って、本発明は、改善された、基板を処理するための装置を提供する。
【発明の概要】
【０００４】
処理チャンバ内におけるガスの流れを制御する装置が、ここに提供される。幾つかの実施形態では、処理チャンバ内部において基板支持体上部に配置された処理空間と処理チャンバ内部において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有する処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置が、基板支持体の基板支持体表面の高さ近接する位置で基板支持体を囲む環状プレートを含み、該環状プレートは、処理チャンバの内周面に向かって半径方向外向きに延びて環状プレートの外縁と内周面との間に均一なギャップを規定し、該均一ギャップが処理空間から吐出空間への均一な流路をもたらすように構成される。
【０００５】
幾つかの実施形態では、処理チャンバ内部において基板支持体上部に配置された処理空間と処理チャンバ内部において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有する処理チャンバ内におけるガスの流れを制御するための装置が、基板支持体の基板支持体表面の高さに近接する位置で基板支持体を囲む環状プレートを含み、該環状プレートは、処理チャンバの壁に向かって半径方向外向きに延びて、環状プレートの外縁と処理チャンバの内周面との間に均一ギャップを規定し、該ギャップが、ガスを処理空間から吐出空間に流すときに処理空間から吐出空間への流れを十分に制限する閉塞された流れ条件を維持するように構成される。
【０００６】
幾つかの実施形態では、処理チャンバ内のガスの流れを制限する装置が、処理チャンバ内部において基板支持体上部に配置された処理空間と処理チャンバ内部において基板支持体下部に配置された吐出空間とを有する処理チャンバを含み、該基板支持体は静電チャックを備え、基板支持体の基板支持体表面の高さに近接する位置で基板支持体を囲むように環状プレートが設けられ、該環状プレートは、処理チャンバの壁に向かって半径方向外向きに延びて環状プレートの外縁と処理チャンバの内周面との間に均一なギャップを規定し、このギャップが、ガスを処理空間から吐出空間に流すときに、処理空間から吐出空間への流れを十分に制限して閉塞した流れ条件を維持するように構成される。
【０００７】
本発明の更に他の実施形態が、以下に説明される。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記で簡潔に説明し、以下に更に詳細に説明されており、添付の図面に示された本発明の実施形態を参照することにより理解することができる。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態を示すものであり、従って、他の同様に効果的な実施形態を容認するものであるから、その範囲を限定すると考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の別の実施形態による、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置での使用に適した処理チャンバの概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置の部分断側面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置の上面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、可能な個所においては同一の参照符号を使用して、共通の同一の要素を指す。図面は縮尺で示されてはおらず、明確にするために簡略化されている。1つの実施形態の構成要素及び機能が、更に追記することなく別の実施形態に有益に組み込まれている。
【００１１】
本発明の実施形態は、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置に関する。本発明の装置は、処理チャンバ内部の処理空間から吐出空間に流れるガスに制限された均一流路を好都合に提供する。制限された流路は、閉塞した流れ条件を形成し、それゆえ該流路の上流側における流動コンダクタンスを軽減し、したがって、非対称ポンプ構成に起因して吐出空間に生じることがある不均一又は非対称圧力勾配とは無関係の、吐出空間におけるガスの均一流れをもたらす。
【００１２】
図１は、本発明の別の実施形態による処理チャンバ内におけるガスの流れを制御するための装置で使用するのに適した処理チャンバ１０２の概略図である。この処理チャンバ１０２は、処理チャンバ内部の過剰処理ガスの除去、副産物の処理等を行うための非対称な、すなわちオフセット配置された排気システムを有する任意の処理チャンバである（例えば、図１に描写されるオフセットポンプポート１２２）。ここに開示される本発明を用いて効果を得るように改変することができる好適な例としての処理チャンバとしては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるDPS、ENABLER、ADVANTEDGE、PRODUCER又は他の処理チャンバがある。他の適した処理チャンバとしては、流通する処理ガスが、実質的に均一な圧力、流量及び／又は滞留時間を必要とするもの、又は均一なプラズマ処理を必要とするものであれば、どのような処理チャンバでも良く、これらには、対称に配置された吐出ポートを有する処理チャンバが含まれる。幾つかの実施形態では、処理チャンバは、２つの処理チャンバが１つの吐出ポートを共有するデュアルチャンバ構成を備える。
【００１３】
処理チャンバ１０２は、一般的に、処理空間１０４と吐出空間１０６とを含む内部空間を有するチャンバ本体１５０を備える。処理空間１０４は、例えば、処理中に基板１１０を支持するための頂面１７０を有し処理チャンバ内に配置された基板支持体１６８と、所望の位置に設けられたシャワーヘッド１１４及び／又はノズル等の１つ以上のガス入口との間に規定される。吐出空間１０６は、例えば、基板支持体１０８と処理チャンバ１０２の底部１７４との間に規定される。吐出空間１０６は、ポンプポート１２２を通って排気システムに導かれている。例えば、真空ポンプ（図示せず）が設けられて、処理チャンバ１０２から排気ガスを吐出し、適切な排気処理装置へ送る。弁（例えば、ゲート弁）が排気システムに設けられて、真空ポンプの動作と組み合わせて排気ガスの流れの制御を助ける。
【００１４】
幾つかの実施形態では、処理（プラズマ、又はスパッタ法、又は基板１１０からの他の処理副産物等）に起因する損傷から処理チャンバ１０２の壁１５３を保護するために、ライナー１７２がプロセスチャンバ１０２内に配置される。幾つかの実施形態では、該ライナー１７２は、該ライナー１７２及び／又は壁１５３の洗浄及び／又は調整のために、取り外し可能である。幾つかの実施形態では、ライナー１７２は、処理チャンバの開口部に対応する開口部を備える。例えば、開口部１７３は、スリット弁開口部１１２と対応するように設けられる。ガス入口がチャンバの側壁の中に設けられている実施形態では、開口部は、処理チャンバ１０２の処理空間１０４へのガスの流れを容易にするように設けられる。幾つかの実施形態では、ライナー１７２は、更に処理チャンバ１０２の天井１４２のラインまで延びる。インナーの製造に適した材料には、導電性材料又は誘電性材料が含まれる。処理チャンバ１０２の壁１５３が接地されている実施形態では、ライナー１７２は導電性材料から製造される。
【００１５】
１つ以上のガス入口（例えば、シャワーヘッド）は、処理チャンバ１０２の処理空間１０４に１つ以上の処理ガスを供給するためのガス供給源１１６に連結される。図１にはシャワーヘッド１１４が示されているが、処理チャンバ１０２の必要に応じて、追加又は代替のガス入口が、ノズル、又は、天井又は処理チャンバ１０２の側壁又はガスの供給に適した他の場所に配置された入口等の形態で設けられる。
【００１６】
幾つかの実施形態では、ＲＦ電力を、処理チャンバ１０２の上部に近接して配置された上部電極に容量結合させることができる。例えば、上部電極は、少なくとも部分的には、適当な導電性材料等から製造された天井１４２、シャワーヘッド１１４、シャワーヘッド内に配置された電極１４４のうちの少なくとも１つにより形成された導電体の形態とすることができる。１つ以上のＲＦ電源（１つのＲＦ電源１４８が示される）は、１つ以上のそれぞれの整合ネットワーク（１つの整合ネットワーク１４６が示される）を介して、上部電極と結合される。１つ以上のプラズマ源は、所望の周波数（例えば、約１３．５６ＭＨｚ、約６０ＭＨｚ、約１６２ＭＨｚ等）でＲＦ電力を生成することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、誘導結合されたRF電力を処理のために設けることができる。例えば、処理チャンバ１０２が、誘電材料から作られた天井１４２と誘電性シャワーヘッド１１４とを有するものとすることができる。少なくとも１つの誘電コイル素子を備えるアンテナを、天井１４２上部に配置することができる。誘電コイル素子は、１つ以上のそれぞれの整合ネットワーク（マッチングネットワーク１４６が示される）を介して、１つ以上のＲＦ電源（ＲＦ電源１４８のような）と結合される。
【００１８】
基板１１０は、処理チャンバ１０２の壁１５２の開口部１１２を通して処理チャンバ１０２に導入される。開口部１１２は、スリット弁１１８、又は開口部１１２を通してチャンバ内部へのアクセスを選択的に提供する他の機構により、選択的にシールされる。基板支持体１６８は、開口部１１２を通して基板をチャンバ内に出し入れするのに適した下部位置と、処理に適した選択可能な上部位置（図示）との間で、基板支持体１６８の位置を制御することができるリフト機構１３４と結合される。処理位置は、特定の処理段階にとって処理の均一性が最大になるように選択される。基板支持体１６８は、上昇した処理位置の少なくとも１つにあるとき、開口部１１２より上方に位置して、対象な処理領域（例えば処理空間）を提供するようにすることができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、基板支持体１０８は、ＲＦバイアス電極１４０を含むことができる。ＲＦバイアス電極１４０は、１つ以上のそれぞれの整合ネットワーク（１つのマッチングネットワーク１３６が示される）を介して、１つ以上のバイアス電源（バイアス電源１３８が示される）に結合される。１つ以上のバイアス電源は、所望の周波数（例えば、約２ＭＨｚ、又は約１３．５６ＭＨｚ、又は約６０ＭＨｚ）でＲＦ電力を生成することができる。１つ以上のバイアス電源は、連続又はパルス電力を提供する。代替的に、幾つかの実施形態では、バイアス電源はＤＣ又はパルスＤＣ源とすることができる。
【００２０】
幾つかの実施形態では、基板支持体１６８は、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプのような、基板支持体１６８の表面上に基板１１０を保持又は支持する機構を含むことができる。幾つかの実施形態では、基板支持体１６８は、基板温度を制御するための機構（加熱及び／又は冷却装置のような）、及び／又は、基板表面近傍の種フラックス及び／又はイオンエネルギーの制御をするための機構を含むことができる。
【００２１】
処理空間１０４から吐出空間１０６へのガスの流れを制御するため、環状プレート１６６を基板支持体１６８の周りに配置することができる。該環状プレートは、あらゆる好適な材料、例えば、石英又はセラミック、セラミック含有イットリウムのような材料のいずれかから構成することができる。この環状プレート１６６は、処理チャンバ１０２のチャンバ本体１５０の壁１５２に向かって半径方向外向きに延びて、環状プレート１６６の外縁１７４と壁１５３の内面１５２との間に均一なギャップ１６４を規定する。ライナー１７２が存在する実施形態では、該環状プレート１６６は、環状プレート１６６の外縁１７４とライナー１７２との間に均一なギャップ１６４を規定する。環状プレートは、環状プレートと基板支持体１６８との間のガス流れを防ぐか、又は実質的に防ぎ、均一なギャップ１６４のみを通って、又は支配的に通って流れるように流れを制限する。
【００２２】
環状プレートは、処理空間１０４から吐出空間１０６に流れるガスの流れを変化させるバッフルとして動作する。例えば、動作において、ガスが処理空間から吐出ポート１２２を経由して吐出空間に吐出されるとき、環状プレートは均一ギャップ１６４によって処理空間から吐出空間へのガスの流れを制限する。ガスの流れの制限は、基板支持体１６９（更に、その上に配置された基板）の上面１７０を横切るガスの均一な流れをもたらすのに十分な、軽減された流れコンダクタンスを与える。幾つかの実施形態では、均一ギャップ１６４のサイズは、閉塞された流れ条件を形成するのに十分なほど小さい。又、ガスの流れを制限することにより、均一ギャップ１６４で圧力低下が生成され、それゆえ、基板支持体１６９の上面１７０全体に、より均一な圧力を生成する。幾つかの実施形態では、均一ギャップ１６４における処理空間１０４から吐出空間１０６までの圧力低下は、約０―４０ｍＴｏｒｒである。
【００２３】
環状プレート１６６は、環状プレート１６６が使用される基板支持体の設計に合うように構成することができる。幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、ほぼ円形であり基板支持体１６８の外側に接している。環状プレートは、所望の処理チャンバ内において、所望の処理条件のもとで、均一なガス流量とガス圧力を与えるのに適した任意の寸法とすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、図３で示すように、環状プレート１６６は所望の処理チャンバ内において、所望の処理条件のもとで、十分に均一なガス流量とガス圧力を容易に達成することができるように、十分に小さい、均一なギャップ１６４をもたらすのに適した任意の寸法とすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、均一ギャップ１６４は、約０．０９インチ―約１．２４インチの幅３０２（処理チャンバの内周面―例えば、壁１５３の内面１５２又はライナー１７２（存在する場合）―と環状プレート１６６との間の垂直距離として定義される）とすることができる。幾つかの実施形態、３００ｍｍの半導体ウェハを処理する処理チャンバのための実施形態では、環状プレート１６６は約１５インチ―約１７．３インチの外径３０４とすることができる。幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、約０．１２インチ―約インチの厚みとすることができる。
【００２４】
図１に戻ると、環状プレート１６６は、ガスの流れ特性及び処理チャンバの幾何学的形状に関して、十分なガス流量を供給するのに適した位置であれば、基板支持体の周りのどのような位置に配置してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、基板支持体の上面１７０とほぼ同一平面で、かつ、これと実質的に平行になるように配置することができる。あるいは、幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、基板支持体１６８上に配置された基板１１０の上面１７６とほぼ同一平面で、かつ、これと実質的に平行になるように配置することができる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、基板支持体１６８と結合してもよい。幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、基板支持体１６８によって支持することができる。幾つかの実施形態では、環状プレート１６６の少なくとも一部が基板支持体１６８の少なくとも一部と重なって、基板支持体１６８と環状プレート１６６との間のガス流を阻止する。幾つかの実施形態では、環状プレート１６６は、例えば、堆積リング２２０（図２に示される）のような処理キットに結合するか、又は該処理キットの延長部として形成することができる。
【００２６】
図２を参照すると、幾つかの実施形態では、基板支持体１６８は、支持ハウジング２１２内部に配置された支持ハウジング２１２と、絶縁層２１０と、真空プレート２０８と、冷却プレート２０６と、静電チャック２０２とを支持する中心シャフト２１６を、一般的に備える。本明細書に開示される教示に従えば、他の構成を有する基板支持体を、環状プレート１６６とともに、適当に設けることができる。幾つかの実施形態では、堆積リング２２０が基板支持体１６８の上に配置され、該堆積リングがない場合には露出されることになる基板支持体１６８の部分を覆うように、基板１１０の周囲に配置される。堆積リング２２０は、基板支持体１６８の一部を処理（プラズマから、又はスパッタ或いは基板１１０からの他の処理副産物から）に起因する損傷から保護する。堆積リング２２０は、任意の処理に対応できる電気絶縁材料から製造することができる。例えば、幾つかの実施形態では、堆積リング２０６は、石英、又はセラミック、例えばセラミック系イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の誘電材料から製造することができる。幾つかの実施形態では、堆積リング２２０と環状プレート１６６は、同一の材料から形成することができ、或いは幾つかの実施形態では、異なる材料から形成することができる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、堆積リング２２０は、冷却プレート２０６の張出部２２８上に配置することができる。この堆積リング２２０は、基板１１０の形状にほぼ対応する中央開口部を有する。いくつかの実施形態では、堆積リングは、直接に接触せずに、基板１１０下部に伸張するものとすることができる。幾つかの実施形態では、堆積リングは又、静電チャック２０２をほぼ取り囲むようにすることができる。幾つかの実施形態では、狭幅ギャップを、堆積リング２２０の内縁２３０と静電チャック２０２の外縁２３２との間に規定することができる。幾つかの実施形態では、堆積リング２２０は、堆積リング２２０の安定性と正しい位置決めのために支持体２１４に形成した１つ以上の形状部２２４に嵌合するように構成された、１つ以上の形状部２２６を含むことができる。幾つかの実施形態では、処理中に不必要な堆積から処理チャンバ、及び／又は、それの構成要素の一部を更に保護するために、堆積シールド２２２を堆積リング２２０上に設けることができる。幾つかの実施形態では、静電チャック２０２及び堆積リング２２０の上に絶縁リング２０４を配置して、任意のアーク発生を防止又は制限し、処理空間と冷却プレート又は他のＲＦ高温部品との間の経路を伸張させ、及び／又は、不連続にすることができる。
【００２８】
冷却プレート２０６は、チャック２０２から冷却プレート２０５への適切な熱伝達をもたらすのに適した材料のいずれかにより形成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、冷却プレート２０６は、アルミニウム、ニッケル等の金属から製造することができる。幾つかの実施形態では、冷却プレート２０６は、チャック２０２から冷却プレート２０６への熱伝達を更に促進するために冷却液を循環させるように形成された１つ以上の流路（図示せず）を含むものとすることができる。
【００２９】
絶縁層２１０は、処理中に適切かつ安定した支持を提供し、かつ、電気絶縁を提供するのに適した任意の電気絶縁材料から形成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、絶縁層２１０は、例えばセラミック、窒化アルミニウム、窒化シリコンのような誘電性材料から形成することができる。支持ハウジング２１２は、絶縁層２１０に機械的支持を提供するものであり、例えばアルミニウムといった金属から製造することができる。支持ハウジング２１２が導電性材料により製造されている実施形態では、支持ハウジング２１２は、例えば、処理チャンバ１０２の接地部分に接続して接地することができる。
【００３０】
このように、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置は、ここに提示されている。本発明の実施形態は、一般的には、処理チャンバ内のガスの流れを制御するための装置に関する。本発明の装置は、処理チャンバ内の処理空間から吐出空間へ流れるガスの制限された均一流路を好都合に提供する。制限された流路は、閉塞された流れ条件を作り、流路の上流における流コンダクタンスを軽減し、そのようにして、処理空間のガスの均一流れを提供する。
【００３１】
上記は本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の更に別の実施形態を、その基本的範囲から逸脱することなく考案することができる。
【図１】
2013533640.tif 000003
【図２】
2013533640.tif 000004
【図３】
2013533640.tif 000005
【国際調査報告】
2013533640.tif 000006
2013533640.tif 000007