(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理するためのリアクタであって、
チャンバ及び前記チャンバ内のワークピース支持面と、
据置型ステージ、及び回転軸を有する回転可能ステージを備えた回転式カップリングと、
前記据置型ステージに連結されたマイクロ波源と、
回転アクチュエータと、
前記回転アクチュエータに連結され、且つ前記チャンバの上にかぶさるマイクロ波アンテナであって、
床及び天井、
前記床と前記天井との間で延在し、且つ前記回転軸に対応する螺旋軸を有する第１の螺旋状壁であって、第１の導管端部を有する第１の螺旋状導管を画定する、第１の螺旋状壁、
前記第１の螺旋状導管の長さに沿って離間された、前記床における第１の複数ポート、
前記回転可能ステージに連結された軸方向導管、並びに
前記軸方向導管に連結された入力、及び前記第１の導管端部に連結された第１の出力を備えた分配導波管を備えたマイクロ波アンテナと
を備え、
前記回転アクチュエータが前記マイクロ波アンテナの回転を可能にするように構成された、
リアクタ。
【請求項２】
前記マイクロ波アンテナが、
前記床と前記天井との間で延在し、且つ前記螺旋軸と位置合わせされた第２の螺旋状壁であって、第２の導管端部を有する第２の螺旋状導管を画定する、第２の螺旋状壁と、
前記第２の螺旋状導管の長さに沿って離間された、前記床における第２の複数ポートとをさらに備え、
前記分配導波管が、前記第２の導管端部に連結された第２の出力をさらに備えている、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記分配導波管が、
前記マイクロ波アンテナの上にかぶさり、且つ前記第１及び第２の導管端部のそれぞれと位置合わせされたそれぞれの開口部を有する導波管チャンバと、
前記導波管チャンバ内の放射を前記それぞれの開口部内へと偏向させるように角度付けられた第１の対の反射面と
を備えている請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記マイクロ波アンテナが、
前記それぞれの開口部からの放射を前記第１及び第２の導管端部のそれぞれへと偏向させるように角度付けられた第２の対の反射面をさらに備えている、請求項３に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記第１の対の反射面が、前記螺旋軸に対して４５度で配向されている、請求項３に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記第２の対の反射面が、前記螺旋軸に対して４５度で配向されている、請求項４に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記第１及び第２の導管端部が、前記マイクロ波アンテナの外周にあり、前記分配導波管が、前記マイクロ波アンテナの直径にまたがる、請求項３に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記それぞれの開口部が、前記外周に沿って１８０度で互いから変位している、請求項７に記載のリアクタ。
【請求項９】
マイクロ波アンテナであって、
床及び天井と、
第１の螺旋状導管を画定し、前記床と前記天井との間で延在し、且つ螺旋軸及び第１の導管端部を有する第１の螺旋状壁と、
前記第１の螺旋状導管の長さに沿って離間された、前記床における第１の複数ポートと、
軸方向導管と、
前記軸方向導管に連結された入力、及び前記第１の導管端部に連結された第１の出力を備えた分配導波管と
を備えており、
据置型ステージ、及び前記螺旋軸と一致する回転軸を有する回転可能ステージを備えた回転式カップリングと、
前記据置型ステージに連結されたマイクロ波源であって、前記軸方向導管が前記回転可能ステージに連結されている、マイクロ波源と、
前記回転可能ステージに連結された回転アクチュエータと
をさらに備え、
前記回転アクチュエータが前記第１の螺旋状導管の回転を可能にするように構成された、
マイクロ波アンテナ。
【請求項１０】
前記床と前記天井との間で延在し、前記螺旋軸と位置合わせされた第２の螺旋状壁であって、第２の導管端部を有する第２の螺旋状導管を画定する、第２の螺旋状壁と、
前記第２の螺旋状導管の長さに沿って離間された、前記床における第２の複数ポートとをさらに備え、
前記分配導波管が、前記第２の導管端部に連結された第２の出力をさらに備えている、請求項９に記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１１】
前記分配導波管が、
前記第１及び第２の導管端部のそれぞれと位置合わせされたそれぞれの開口部を有する導波管チャンバと、
前記導波管チャンバ内の放射を前記それぞれの開口部内へと偏向させるように角度付けられた第１の対の反射面と
を備えている請求項１０に記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１２】
前記それぞれの開口部からの放射を前記第１及び第２の導管端部のそれぞれへと偏向させるように角度付けられた第２の対の反射面をさらに備えている、請求項１１に記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１３】
前記第１の対の反射面が、前記螺旋軸に対して４５度で配向されている、請求項１１に記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１４】
前記第２の対の反射面が、前記螺旋軸に対して４５度で配向されている、請求項１２に記載のマイクロ波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
［１］本出願は、２０１５年１月７日出願のＭｉｃｈａｅｌ  Ｗ．  Ｓｔｏｗｅｌｌによる「ＷＯＲＫＰＩＥＣＥ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＲＯＴＡＲＹ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＷＩＴＨ  ＳＬＯＴＴＥＤ  ＳＰＩＲＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ」と題する米国仮特許出願第６２／１００，５９５号の利益を主張する、２０１５年１月３０日出願のＭｉｃｈａｅｌ  Ｗ．  Ｓｔｏｗｅｌｌによる「ＷＯＲＫＰＩＥＣＥ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＲＯＴＡＲＹ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＷＩＴＨ  ＳＬＯＴＴＥＤ  ＳＰＩＲＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ」と題する米国特許出願第１４／６０９，８８３号から優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
［２］本開示は、マイクロ波電力を用いて半導体ウエハなどのワークピースを処理するためのチャンバ又はリアクタに関する。
【０００３】
［３］半導体ウエハなどのワークピース処理は、例えば、ＲＦ電力又はマイクロ波電力などの電磁エネルギーの形態を用いて行うことができる。この電力は、例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）又はプラズマ反応性イオンエッチング（ＰＥＲＩＥ：ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）などのプラズマベースの処理などを行うためのプラズマの生成に利用され得る。一部の処理は、極めて低いプラズマイオンエネルギーを有する極めて高いプラズマイオン密度を必要とする。これは、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）膜の堆積などの処理に当てはまる。この処理で何らかの種類のＤＬＣ膜を堆積するのに必要とされる時間は、所望の厚さ及びプラズマイオン密度に応じて、数時間であり得る。より高いプラズマ密度は、より高いソース電力を必要とし、概して堆積時間が短くなる。
【０００４】
［４］マイクロ波源は、典型的に、非常に高いプラズマイオン密度を生成する一方で、他のソース（例えば、誘導結合型ＲＦプラズマ源又は容量結合型ＲＦプラズマ源）よりも生成するプラズマイオンエネルギーが少ない。そのため、マイクロ波源を用いることが理想的である。しかしながら、マイクロ波源は、堆積速度又はエッチング速度に関連して、ワークピース全面にわたる分配に必要とされる厳密な均一性を実現することはできない。最小の均一性は、１％未満の３００ｍｍ直径のワークピース全面にわたる処理速度変化に対応し得る。マイクロ波電力は、チャンバの誘電体窓に対向するスロットを有する導波管のようなマイクロ波アンテナを通してチャンバ内に供給され得る。マイクロ波は、スロットを通してチャンバ内に伝播する。アンテナは、マイクロ波放射の波形及びスロットのレイアウトを反映する周期的な電力堆積パターンを有し、処理速度の分配が不均一になる。これにより、ワークピース全面にわたる所望の処理速度の均一性を得ることが妨げられる。
【０００５】
［５］処理速度の限界値は、チャンバのマイクロ波窓を破損又は過熱せずに処理チャンバに供給し得るマイクロ波電力の量である。現在、石英板のようなマイクロ波窓は、低レベルのマイクロ波電力のみに耐えることができる。低レベルのマイクロ波電力では、ＤＬＣ処理において所望のＤＬＣ膜の厚さに達するまで何時間もかかる。マイクロ波窓は、チャンバの真空境界を設け、結果として著しい機械的応力に曝され、過熱による破損が生じやすくなる。
【発明の概要】
【０００６】
［６］ワークピースを処理するためのリアクタであって、チャンバ及びチャンバ内のワークピース支持面と、据置型ステージ、及び回転軸を有する回転可能ステージを備えた回転式カップリングと、据置型ステージに連結されたマイクロ波源と、回転アクチュエータと、回転アクチュエータに連結され、且つワークピース処理チャンバの上にかぶさるマイクロ波アンテナであって、床及び天井、床と天井との間で延在し、且つ回転軸に対応する螺旋軸を有する第１の螺旋状壁であって、第１の導管端部を有する第１の螺旋状導管を画定する、第１の螺旋状壁、第１の螺旋状導管の長さに沿って離間された、床における第１の複数ポート、回転可能ステージに連結された軸方向導管、並びに軸方向導管に連結された入力、及び第１の導管端部に連結された第１の出力を備えた分配導波管を備えたマイクロ波アンテナとを備えているリアクタ。
【０００７】
［７］一実施形態では、マイクロ波アンテナは、床と天井との間で延在し、且つ螺旋軸と位置合わせされた第２の螺旋状壁であって、第２の導管端部を有する第２の螺旋状導管を画定する、第２の螺旋状壁と、第２の螺旋状導管の長さに沿って離間された、床における第２の複数ポートとをさらに備えており、分配導波管は、第２の導管端部に連結された第２の出力をさらに備えている。
【０００８】
［８］一実施形態では、分配導波管は、マイクロ波アンテナの上にかぶさり、且つ第１及び第２の導管端部のそれぞれと位置合わせされたそれぞれの開口部を有する導波管チャンバと、導波管チャンバ内の放射をそれぞれの開口部内へと偏向させるように角度付けられた第１の対の反射面とを備えている。一実施形態では、マイクロ波アンテナは、それぞれの開口部からの放射を第１及び第２の導管端部のそれぞれへと偏向させるように角度付けられた第２の対の反射面をさらに備えている。
【０００９】
［９］一実施形態では、第１の対の反射面は、対称の軸に対して４５度で配向されている。一実施形態では、第２の対の反射面は、対称の軸に対して４５度で配向されている。
【００１０】
［１０］一実施形態では、第１及び第２の導管端部は、マイクロ波アンテナの外周にあり、分配導波管は、マイクロ波アンテナの直径にまたがる。関連する実施形態では、それぞれの開口部は、外周に沿って１８０度で互いから変位している。
【００１１】
［１１］さらなる態様では、マイクロ波源は、床及び天井と、第１の螺旋状導管を画定し、床と天井との間で延在し、且つ螺旋軸及び第１の導管端部を有する第１の螺旋状壁と、第１の螺旋状導管の長さに沿って離間された、床における第１の複数ポートと、軸方向導管と、軸方向導管に連結された入力、及び第１の導管端部に連結された第１の出力を備えた分配導波管とを備えている。
【００１２】
［１２］一実施形態では、この源は、据置型ステージ、及び螺旋軸と一致する回転軸を有する回転可能ステージを備えた回転式カップリングと、据置型ステージに連結されたマイクロ波源であって、軸方向導管が回転可能ステージに連結されている、マイクロ波源と、回転可能ステージに連結された回転アクチュエータとをさらに備えている。
【００１３】
［１３］一実施形態では、この源は、床と天井との間で延在し、且つ螺旋軸と位置合わせされた第２の螺旋状壁であって、第２の導管端部を有する第２の螺旋状導管を画定する、第２の螺旋状壁と、第２の螺旋状導管の長さに沿って離間された、床における第２の複数ポートとをさらに備えており、分配導波管は、第２の導管端部に連結された第２の出力をさらに備えている。
【００１４】
［１４］一実施形態では、分配導波管は、第１及び第２の導管端部のそれぞれと位置合わせされたそれぞれの開口部を有する導波管チャンバと、導波管チャンバ内の放射をそれぞれの開口部内へと偏向させるように角度付けられた第１の対の反射面とを備えている。
【００１５】
［１５］一実施形態では、この源は、それぞれの開口部からの放射を第１及び第２の導管端部のそれぞれへと偏向させるように角度付けられた第２の対の反射面をさらに備えている。
【００１６】
［１６］一実施形態では、第１の対の反射面は、対称の軸に対して４５度で配向され、第２の対の反射面は、対称の軸に対して４５度で配向されている。
【００１７】
［１７］一実施形態では、第１及び第２の導管端部は、互いに対して源の外周の反対側にある。一実施形態では、それぞれの開口部は、外周に沿って１８０度で互いから変位している。
【００１８】
［１８］別の実施形態では、リアクタは、ワークピース処理チャンバ、ワークピース処理チャンバの上にかぶさり、且つ螺旋軸及び第１の導管端部を有する第１の螺旋状導波管と、ワークピース処理チャンバに対向する第１の螺旋状導波管における、第１の螺旋状導波管の長さに沿って離間された第１の複数ポートと、軸方向導管と、軸方向導管に連結された入力、及び第１の導管端部に連結された第１の出力を備えた分配導波管とを備えている。
【００１９】
［１９］一実施形態では、リアクタは、据置型ステージ、及び螺旋軸と一致する回転軸を有する回転可能ステージを備えた回転式カップリングと、据置型ステージに連結されたマイクロ波源であって、軸方向導管が回転可能ステージに連結されている、マイクロ波源と、回転可能ステージに連結された回転アクチュエータとをさらに備えている。
【００２０】
［２０］一実施形態では、リアクタは、螺旋軸と位置合わせされた第２の螺旋状導波管であって、第２の導管端部を有する第２の螺旋状導波管と、第２の螺旋状導管の長さに沿って離間された、第２の螺旋状導波管における第２の複数ポートとをさらに備えており、分配導波管は、第２の導管端部に連結された第２の出力をさらに備えている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
［２１］実現された本発明の例示的な実施形態を細部にわたって理解できるように、上で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明を、添付の図面に示されている本発明の実施形態を参照することによって得られよう。本発明を不明瞭にしないために、特定の周知のプロセスは本明細書で論じられていないことを理解されたい。
【００２２】
【図１Ａ】第１の実施形態の切り取られた正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態におけるマイクロ波アンテナの拡大図である。
【図２】図１Ｂの線２−２に沿って切り取られた平面図である。
【図３】図１Ｂの実施形態の平面図である。
【図４】図３に対応する切り取られた正投影図である。
【００２３】
［２７］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［２８］図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、ワークピース処理リアクタは、ワークピース支持体１０２を含むチャンバ１００を含む。チャンバ１００は、誘電材料のようなマイクロ波透明材料から形成された側壁１０４及び天井１０６によって囲まれる。一実施形態では、天井１０６は、ディスクの形状で形成された誘電体窓１０８として実装され得る。回転式マイクロ波アンテナ１１４は、誘電体窓１０８上で横たわる。マイクロ波アンテナ１１４は、円筒形側壁１２４及びディスク形状キャップ１２６からなる導電性シールド１２２によって囲まれる。図２で示されている一実施形態では、マイクロ波アンテナ１１４はディスク形状である。
【００２５】
［２９］図１Ａで示されているように、マイクロ波アンテナ１１４は、軸上導波管１１６によって給電される。軸上導波管１１６は、上にかぶさる回転式マイクロ波カップリング１１８を通して据置型マイクロ波フィード１２０に連結される。回転式カップリング１１８は、据置型部材１１８‐１及び回転可能部材１１８‐２を含む。据置型部材１１８‐１は、チャンバ１００に対して据え置かれ、マイクロ波フィード１２０に接続される。回転可能部材１１８‐２は、軸上導波管１１６に接続されており、マイクロ波アンテナ１１４の対称１１４ａの軸と一致する回転の軸を有する。回転式マイクロ波カップリング１１８は、わずかな損失や漏洩で、マイクロ波エネルギーが、据置型部材１１８‐１から回転可能部材１１８‐２に流動することを可能にする。１つの可能な実施例として、スリップリングＲＦシール（ｓｌｉｐ−ｒｉｎｇ  ＲＦ  ｓｅａｌ）（図示せず）が、据置型部材１１８‐１と回転可能部材１１８‐２との間のインターフェースに配置されてもよい。
【００２６】
［３０］回転アクチュエータ１４０は、チャンバ１００に対して据え置かれ、回転モータ１４０‐１及び回転モータ１４０‐１によって駆動される回転式駆動ギヤ１４０‐２を含む。回転可能部材１１８‐２に接合又は固定されている従動ギヤ１１８‐３は、駆動ギヤ１４０‐２に係合され、それにより、モータ１４０‐１が、対称１１４ａの軸の周りで回転可能部材１１８‐２の回転を引き起す。例えば、従動ギヤ１１８‐３は、回転可能部材１１８‐２の低面上の歯の円形アレイとして実装され得る。
【００２７】
［３１］一実施形態では、ガス分配プレート（ＧＤＰ）１４４は、天井１０６の下方に配置され、ガス分配プレートを通って延在するガス注入オリフィス１４５のアレイを有し、処理ガス供給部１４７から処理ガスを受け入れる。
【００２８】
［３２］図１Ａで示されるように、マイクロ波フィード１２０によって、遠隔マイクロ波源又は発振器１５０が回転式カップリング１１８に連結される。
【００２９】
［３３］マイクロ波アンテナ１１４は、図１Ｂから図４にかけて詳細に描かれており、アンテナ床１６０、アンテナ天井１６２、及び床１６０と天井１６２との間で延在する一対の平行な螺旋状導波管の側壁１６４、１６６を含む。一対の平行な螺旋状導波管の側壁１６４、１６６は、一対の平行な螺旋状導波管空洞１６８、１６９を形成する。図示の実施形態では、一対の平行な螺旋状導波管空洞１６８、１６９は、アルキメデスの螺旋を形成し、各螺旋の半径は、回転の角度と共に増大する。アンテナ床１６０を通る小さなスロット１７５又は開口部は、マイクロ波放射ポートとして機能し、各螺旋状導波管空洞１６８、１６９の長さに沿って、周期的に隔置された位置に配置される。スロット１７５は、任意の適切な形状であってもよく、一実施形態では、マイクロ波発振器１５０の波長のごく一部（例えば、１０分の１以下）である開口の大きさを有する。一実施形態では、各螺旋状導管１６８、１６９の長さに沿った、隣接するスロット１７５同士の間の距離Ｓは、マイクロ波源１５０の波長のごく一部（例えば、約半分）である。マイクロ波エネルギーは、スロット１７５を通ってチャンバ１００内へと放射される。天井１６２における一対の供給口１８０、１８２は、対称１１４ａの軸の両側に配置され、マイクロ波エネルギーを螺旋状導波管空洞１６８、１６９の対応する外周（径方向外側）開口端１６８ａ、１６９ａの中に供給するそれぞれの経路を設ける。外周開口端１６８ａ、１６９ａは、マイクロ波アンテナ１１４の外周に沿って、１８０度の角度で互いから離間される。同様に、一対の供給口１８０、１８２は、マイクロ波アンテナ１１４の外周に沿って、１８０度の角度で互いから離間される。
【００３０】
［３４］図３及び図４で示された分配導波管２００は、天井１６２の上にかぶさり、マイクロ波エネルギーを軸上導波管１１６から一対の供給口１８０、１８２へと分配する。分配導波管２００は、天井１６２の上にかぶさり、且つ天井１６２に対向する導波管上部２０２、及び導波管上部２０２と天井１６２との間で延在する一対の傾斜端壁２０４、２０６とを有する。一対の傾斜端壁２０４、２０６は、分配導波管２００の内部で径方向に流れるマイクロ波エネルギーを反射して、マイクロ波エネルギーがそれぞれの供給口１８０、１８２内へと軸方向に流れるようにする。供給口１８０と位置が合う第１の傾斜反射面１８４は、対称１１４ａの軸に対して一定の角度（例えば、４５度）で配置される。供給口１８２と位置が合う第２の傾斜反射面１８６は、対称１１４ａの軸に対して一定の角度（例えば、４５度）で配置される。第１及び第２の傾斜反射面１８４、１８６は、供給口１８０、１８２から軸方向に流れるマイクロ波エネルギーを反射し、マイクロ波エネルギーは、それぞれの螺旋状導波管空洞１６８、１６９を通って方位角的に流れる。一実施形態では、傾斜面１８４、１８６のそれぞれ、及び波伝播の方向に沿った傾斜端壁２０４、２０６の長さは、マイクロ波発振器１５０の波長の４分の１の長さである。傾斜面１８４、１８６及び傾斜端壁２０４、２０６は、反射面と呼ばれてもよい。
【００３１】
［３５］図３を参照すると、一実施形態では、分配導波管２００は、チャンバ１００の直径に対応する長さＬ及び数インチの幅を有する。長さＬに沿った軸方向の平坦側壁２００‐１、２００‐２は、分配導波管２００の内部を囲む。側壁２００‐１、２００‐２の高さは、天井１６２と導波管上部２０２との間の距離に対応する。一実施形態では、この距離は、１又は数インチであってもよい。任意選択的に、複数のマイクロ波スタブチューナー３００が、分配導波管２００の長さに沿って周期的位置に配置される。
【００３２】
［３６］図１Ｂから図４の実施形態の利点は、マイクロ波エネルギーが、各螺旋状導波管空洞１６８、１６９の長さに沿って均一に分配され、スロット１７５の周期的位置に対応して均一に分布された間隔で放射されることである。さらなる利点は、一対の螺旋状導波管空洞１６８、１６９の間での電力分配は、複数のマイクロ波スタブチューナー３００を調整することにより平衡させることができることである。
【００３３】
［３７］上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよく、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
0006644796.tif 000002
【図１Ｂ】
0006644796.tif 000003
【図２】
0006644796.tif 000004
【図３】
0006644796.tif 000005
【図４】
0006644796.tif 000006