(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理システムにおけるプラズマ処理を最適化するために協調する所望の特徴を有した交換可能な上部チャンバ部品を提供する。【解決手段】プラズマ反応チャンバ２０２の上部チャンバ部２４４は、熱電対および抵抗温度検出器を受領するために上面にめくら穴を備えたセラミック窓と、窓の底部を真空シールする上面を備える頂部チャンバインタフェースと、前記頂部チャンバインタフェースの側壁内に装着された８個の側部注入器を備えるガス注入システムおよび単一のガス供給接続部から８個の注入器へ対称なガス流を提供する配管を備えるガス分配システム２２２とを含む。【選択図】図１
0003178295.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの交換式上部チャンバ部品であって、窓、側部ガス送給システム、および／または頂部チャンバインタフェースを備え、
前記頂部チャンバインタフェースは、
均一な直径の内面、前記内面から水平に離れる方向へ延びる上部フランジ、および前記内面から水平に離れる方向へ延びる下部フランジを有するモノリシック金属シリンダと、
前記プラズマチャンバの誘電体窓を密閉するように構成された上部環状真空シール面と、
前記プラズマチャンバの底部を密閉するように構成された下部環状真空シール面と、
前記シリンダの上部に位置する熱質量であって、前記内面と、前記上部フランジから垂直に延びる外面と、の間の前記シリンダの幅広部分により定められ、前記内面の方位角方向の温度均一性を提供する上で効果的である熱質量と、
前記シリンダの下部に位置し、前記下部真空シール面の熱伝導を最小化する上で効果的であり、０．２５インチ未満の厚さを有し、前記内面の長さの少なくとも２５％に渡って延びる薄い金属部により定められたサーマルチョークと、を備え、
前記窓は、
均一な厚さを有するセラミック円板と、
温度監視センサを収容するように構成された少なくとも１個のめくら穴と、
頂部チャンバインタフェースの上部フランジを密閉するように構成された真空シール面と、
処理ガスを前記チャンバの中心へ送給する頂部ガス注入器を収容するように構成された中心穴と、を備え、および／または
前記ガス送給システムは、
共通供給部から調整ガスを受領する二分岐ガスラインと、
前記共通供給部から、前記頂部チャンバインタフェースの側壁内に装着された注入器へ、前記調整ガスを等しい距離だけ流動させるように構成されたガス管と、を備える、交換可能頂部チャンバ部品。
【請求項２】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記ガス送給システムは、前記頂部チャンバインタフェースの周囲に対称に配置された８個の注入器を含み、
前記ガスラインは、８本のガスラインを含むことが可能であり、そのうち、
長さの等しい２本の１次ガスラインは、前記共通供給部から延び、
長さの等しい２本の２次ガスラインは、前記１次ガスラインの出口から延び、
長さの等しい４本の３次ガスラインは、前記２次ガスラインの出口から延びる、交換式上部チャンバ部品。
【請求項３】
請求項２記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記１次ガスラインは、前記２次ガスラインより長く、
前記２次ガスラインは、前記３次ガスラインより長く、
前記１次ガスラインは、前記２次ガスラインの中間点に接続され、
前記２次ガスラインは、前記３次ガスラインの中間点に接続される、交換式上部チャンバ部品。
【請求項４】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記ガス送給システムは、前記頂部チャンバインタフェースの外面にある環状凹部により定められた小容積内に嵌合するように設計される、交換式上部チャンバ部品。
【請求項５】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースの外面は、環状凹部を含み、
前記ガス送給システムは、前記環状凹部により定められた容積内に完全に嵌合される、交換式上部チャンバ部品。
【請求項６】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記窓は、温度検出プローブを取り付けるように構成された２つのめくら穴を上面内に含む、交換式上部チャンバ部品。
【請求項７】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記窓は、前記窓下方の前記チャンバ内の開かれた空間へ処理ガスを送給する中央ガス通路を有する円筒形ガス注入器本体と固定係合するように構成された中央開口部を含む、交換式上部チャンバ部品。
【請求項８】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースは、前記窓と前記頂部チャンバインタフェースとの間に真空シールを提供するＯリングを収容するように構成された、前記上部フランジ内の溝を含む、交換式上部チャンバ部品。
【請求項９】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記窓は、その下面上に熱溶射イットリア被覆を含む、交換式上部チャンバ部品。
【請求項１０】
請求項１記載の交換式上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースは、陽極酸化アルミニウムである、交換式上部チャンバ部品。
【請求項１１】
セラミック側部ガス注入器であって、
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの頂部チャンバインタフェースの側壁にある８個の対称に配置されたガス注入器装着穴の何れかに装着されるように構成されたセラミック側部ガス注入器であり、
下流部より直径の大きな上流部を有する段付き円筒形セラミック本体と、
前記注入器の本体の軸端面を介して軸線方向に延びる均一な直径の中心穴と、からなる前記側部ガス注入器。
【請求項１２】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記中心穴は、
直径０．０３８〜０．０４２インチであり、
長さ０．５２〜０．５３インチである、ガス注入器。
【請求項１３】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記セラミック本体は、全体がイットリアからなる、ガス注入器。
【請求項１４】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記上流部は、前記装着穴の幅広部分内に嵌合するサイズであり、
前記下流部は、前記頂部チャンバインタフェースの前記側壁のプラズマ露出面の開口部内に嵌合するサイズであり、前記注入器の遠位端部が前記プラズマ露出面を超えて０．０５〜０．２インチ突出するようになる、ガス注入器。
【請求項１５】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記セラミック本体は、
前記上流部の前記軸端面上の第１のワッシャ係合面と、
前記上流部と前記下流部との間に垂直に延びる第２のワッシャ係合面と、を含む、ガス注入器。
【請求項１６】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記中心穴は、アスペクト比が１３〜１４である、ガス注入器。
【請求項１７】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記注入器の本体は、
長さ０．５２〜０．５３インチであり、
前記上流部の直径が０．２〜０．３インチであり、
前記下流部の直径が０．１２〜０．１３である、ガス注入器。
【請求項１８】
請求項１１記載のガス注入器であって、
前記上流部は、長さ０．２７〜０．２８インチであり、
前記下流部は、長さ０．２４〜０．２５インチである、ガス注入器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条に基づき、出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした２００９年９月１０日提出の米国仮特許出願第６１／２４１，３２１号「プラズマ処理装置の交換式上部チャンバ部品」に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本考案は、半導体基板製造技術に関し、特に、プラズマチャンバの上部チャンバ部の交換部品に関する。
【背景技術】
【０００３】
基板、例えば、半導体基板、或いはフラットパネルディスプレイの製造において使用されるもの等のガラスパネルの処理では、プラズマが利用される場合が多い。基板の処理の一環として、例えば、基板は、複数のダイ、即ち、それぞれが集積回路となる矩形領域へ分割される。基板は、その後、一連のステップにおいて処理され、基板上に電気部品を形成するために、材料を選択的に除去（エッチング）および堆積（堆積）させる。
【０００４】
プラズマプロセスの一例において、基板は、エッチング前に硬化エマルジョン（即ち、フォトレジストマスク等）の薄膜により被覆される。次に、硬化エマルジョンの領域を選択的に除去し、下層の構成要素を露出させる。次に、基板は、プラズマ処理チャンバ内において、チャックまたはペデスタルと呼ばれる、単極または双極の電極を備えた基板支持構造の上に配置される。次に、適切なエッチャントソースをチャンバに流入させ、点火してプラズマを形成し、基板の露出領域をエッチングする。
【０００５】
図1を参照すると、誘導結合プラズマ処理システム構成要素の簡略図を示している。一般に、プラズマチャンバ（チャンバ）２０２は、チャンバの側壁を形成する底部チャンバ部２５０と、同じくチャンバの側壁を形成する上部チャンバ部２４４と、カバー２５２とを備える。適切な一組のガスを、ガス分配システム２２２からチャンバ２０２へ流入させる。こうしたプラズマ処理ガスは、その後、イオン化してプラズマ２２０を形成し、静電チャック（チャック）２１６上においてエッジリング２１５により位置決めした、半導体基板またはガラス板等の基板２２４の露出領域を処理（例えば、エッチングまたは堆積）し得る。ガス分配システム２２２は、一般に、プラズマ処理ガス（例えば、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ3、ＣＦ4、ＨＢｒ、ＣＨ3Ｆ、Ｃ2Ｆ4、Ｎ2、Ｏ2、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｈ2、ＮＨ3、ＳＦ6、ＢＣｌ3、Ｃｌ2等）を収容した圧縮ガスシリンダ（図示せず）を備える。
【０００６】
誘導コイル２３１は、チャンバの上壁を形成する誘電体窓２０４によりプラズマから分離され、一般には、プラズマ処理ガス中に時間的に変化する電流を発生させて、プラズマ２２０を形成する。窓は、誘導コイルをプラズマ２００から保護すると共に、生成された高周波フィールド２０８により、プラズマ処理チャンバ内に誘導電流２１１を発生させることを可能にする。さらに、誘導コイル２３１には、高周波発電機２３４にさらに結合し得るマッチングネットワーク２３２が結合される。マッチングネットワーク２３２は、通常は約１３．５６ＭＨｚおよび約５０オームで動作する高周波発電機２３４のインピーダンスを、プラズマ２２０のものに一致させようとする。加えて、第２の高周波エネルギ源２３８を、基板２２４にマッチングネットワーク２３６を介して結合させ、プラズマとのバイアスを形成し、プラズマをプラズマ処理システム内の構造部から離間させ、基板へ方向付けし得る。ガスおよび副生成物は、ポンプ２２０によりチャンバから除去する。
【０００７】
一般には、ある種の冷却システム２４０をチャック２１６に結合させ、プラズマ点火後に熱平衡を達成する。冷却システム自体は、通常、チャック内部の空洞を介して冷却剤を送り込む冷却機と、チャックおよび基板間に送られるヘリウムガスとを備える。発生した熱を除去することに加え、冷却システムは、ヘリウムガスにより、熱放散を迅速に制御することが可能となる。即ち、ヘリウム圧を増加させることにより、伝熱率が増加する。殆どのプラズマ処理システムは、さらに、オペレーティングソフトウェアプログラムを備えた高度なコンピュータにより制御される。一般的な動作環境において、製造処理パラメータ（例えば、電圧、ガス流の混合、ガス流量、圧力等）は、一般に、特定のプラズマ処理システムおよび個別のレシピ毎に設定される。
【０００８】
加えて、加熱および冷却装置２４６は、プラズマ処理装置２０２の上部チャンバ部２４４の温度を制御して、運転中、プラズマに露出される上部チャンバ部２４４の内面が制御温度に維持されるように動作し得る。加熱および冷却装置２４６は、幾つかの異なる材料層により形成され、加熱および冷却の両方の動作を提供する。
【０００９】
上部チャンバ部自体は、一般に、プラズマ処理システム内において生成された高周波フィールドを接地するか或いは透過させる、耐プラズマ性材料により構築される（例えば、被覆または非被覆アルミニウム、セラミック等）。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、上部チャンバ部は、洗浄または交換のために取り外し可能なアルミニウムの機械加工品にすることができる、上部チャンバ部の内面は、好ましくは、熱溶射イットリア被膜等の耐プラズマ性材料により被覆される。洗浄は、この種のセラミック被覆が損傷を受けやすいという点において問題を有しており、一部のプラズマプロセスにおける敏感な処理のため、上部チャンバ部を、取り外して洗浄するのではなく、交換することが好ましい場合がある。
【００１１】
加えて、上部チャンバ部は、一組のガスケットが上部チャンバ部の周囲を適切に密封するように、底部チャンバ部と適切に整合させる必要が有るため、整備後に正しく設置することが困難である場合が多い。僅かなずれにより、適切な装着の仕組みが妨げられる。
【００１２】
上部チャンバ部の材料の体積も、プラズマ処理システムに実質的な熱質量を追加する傾向を有する。熱質量とは、材料が長時間にわたって熱エネルギを蓄積する容量を有することを意味する。一般に、プラズマプロセスは、温度変化に対して非常に敏感となる傾向を有する。例えば、設定されたプロセスウィンドウを外れた温度変化は、基板表面における、ポリフルオロカーボン等の高分子膜のエッチング速度または堆積速度に直接的な影響を与える恐れがある。さらに、多くのプラズマ処理レシピでは、温度変化を摂氏１０分の数度程度にすることが求められる場合があるため、基板間での温度再現性が要求される場合が多い。このため、上部チャンバ部は、設定されたパラメータ内にプラズマプロセスを実質的に維持するために、加熱または冷却されることが多い。
【００１３】
プラズマを点火する際に、基板は、熱エネルギを吸収し、その後、熱エネルギは測定された後、冷却システムにより除去される。同様に、上部チャンバ部を熱的に制御することが可能である。しかしながら、プラズマ処理は、多段階処理中に温度変化を必要とする場合があり、事前に上部チャンバ部を６０℃程度の大幅に低い温度で稼働させた後、１００℃を超える温度、例えば、１２０、１３０、１４０、１５０、または１６０℃、或いは、その間の任意の温度に上部チャンバ部を加熱する必要が生じる場合がある。高温は、底部チャンバ部等の隣接構成要素における望ましくない温度上昇を引き起こす恐れがある。例えば、上部チャンバ部と上方の誘電体窓とを約１３０〜１５０℃の温度で稼働させ、底部チャンバ部を約３０℃の周囲温度で稼働させることが望ましい場合、遥かに高温の上部チャンバ部からの熱は、底部チャンバ部に流入し、半導体基板から見たプラズマ処理条件に影響を与える上で十分に温度を上昇させる恐れがある。したがって、上部チャンバ部を起点とする熱流の変化により、基板温度は、範囲の狭いレシピパラメータの外側まで変化する場合がある。
【００１４】
上述したことに鑑みて、プラズマ処理システムにおけるプラズマ処理を最適化するために協調する所望の特徴を有した交換式上部チャンバ部品は、関心の対象となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
好適な実施形態において、半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの上部チャンバ部の交換式頂部チャンバインタフェースは、均一な直径の内面、内面から水平に離れる方向へ延びる上部真空シール面、および内面から水平に離れる方向へ延びる下部真空シール面を有するモノリシック金属シリンダと、プラズマチャンバの誘電体窓を密閉するように構成された上部環状真空シール面と、プラズマチャンバの底部を密閉するように構成された下部環状真空シール面と、シリンダの上部に位置し、内面と上部フランジから垂直に延びる外面との間のシリンダの幅広部分により画成され、内面の方位角方向の温度均一性を提供する上で効果的である熱質量と、シリンダの下部に位置し、下部真空シール面全体の熱伝導を最小化する上で効果的であり、０．２５インチ未満の厚さを有し、内面の長さの少なくとも２５％に渡って延びる薄い金属部により画成されたサーマルチョークと、を備える。
【００１６】
他の実施形態において、半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの上部チャンバ部の交換式窓は、均一な厚さを有するセラミック円板と、温度監視センサを収容するように構成された少なくとも１個のめくら穴と、頂部チャンバインタフェースの上部真空シール面を密閉するように構成された真空シール面と、処理ガスをチャンバの中心へ送給する頂部ガス注入器を収容するように構成された中心穴とを備える。
【００１７】
他の実施形態において、上部チャンバインタフェースの側壁に装着された側部注入器へガスを供給するように構成されたガス送給システムは、共通供給部から調整ガスを受領する二分岐ガスラインと、共通供給部から注入器へ調整ガスを等しい距離だけ流動させるように配置されたガス管とを備える。側部注入器は、頂部チャンバインタフェースの周囲に対称に配置された８個の注入器を含むことが可能であり、ガスラインは、８本のガスラインを含むことが可能であり、そのうち、長さの等しい２本の１次ガスラインは、共通供給部から延び、長さの等しい２本の２次ガスラインは、１次ガスラインの出口から延び、長さの等しい４本の３次ガスラインは、２次ガスラインの出口から延びる。１次ガスラインは、２次ガスラインより長く、２次ガスラインは、３次ガスラインより長い。１次ガスラインは、２次ガスラインの中間点に接続され、２次ガスラインは、３次ガスラインの中間点に接続される。ガス送給システムは、頂部チャンバインタフェースの外面にある環状凹部により画成された小容積内に嵌合するように設計される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プラズマ処理システムの簡略図である。
【００１９】
【図２】本明細書記載の窓、頂部チャンバインタフェース、および側部注入ガス供給システムを含むことが可能なプラズマチャンバの一例を示す斜視図である。
【００２０】
【図３Ａ】本明細書記載の頂部チャンバインタフェースの詳細を示す図である。
【図３Ｂ】本明細書記載の頂部チャンバインタフェースの詳細を示す図である。
【図３Ｃ】本明細書記載の頂部チャンバインタフェースの詳細を示す図である。
【図３Ｄ】本明細書記載の頂部チャンバインタフェースの詳細を示す図である。
【００２１】
【図４Ａ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｂ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｃ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｄ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｅ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｆ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｇ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【図４Ｈ】本明細書記載のセラミック窓の詳細を示す図である。
【００２２】
【図５Ａ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｂ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｃ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｄ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｅ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｆ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｇ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｈ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｉ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｊ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【図５Ｋ】本明細書記載の側部ガス注入送給システムの詳細を示す図である。
【００２３】
【図６Ａ】頂部チャンバインタフェースの側壁内の開口部に取り付けられ、側部ガス注入システムによりガスが供給されるガス注入器の詳細を示す図である。
【図６Ｂ】頂部チャンバインタフェースの側壁内の開口部に取り付けられ、側部ガス注入システムによりガスが供給されるガス注入器の詳細を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に図示した幾つかの好適な実施形態を参照して、本考案を詳細に説明する。以下の説明では、本考案を完全に理解するために、多数の具体的な詳細を述べる。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部または全部が無くとも本考案を実施し得ることは、当業者には明らかであろう。また、周知のプロセスステップおよび／または構造は、本考案を不必要に曖昧にしないために、詳細に説明しない。本明細書での使用において、「約」は、記載の値の上下１０％までの値を含むものと解釈するべきである。
【実施例】
【００２５】
ここでは、図２に示したようなプラズマチャンバにおける上部チャンバ部の交換式部品を説明する。部品は、セラミック窓と、頂部チャンバインタフェースと、側部ガス注入送給システムとを含む。
【００２６】
図２に示したプラズマシステムは、下部チャンバ１２と上部チャンバ１４とを含んだチャンバ１０を含む。上部チャンバ１４は、誘電体窓１６を支持する頂部チャンバインタフェース１５を含む、高周波コイル１８は、窓の上に位置しており、チャンバ内部において処理ガスを励起してプラズマ状態にするための高周波電力を供給する。頂部ガス注入器は、窓の中心に取り付けられ、ガス供給ライン２０からの処理ガスを送給する。
【００２７】
図３Ａ〜図３Ｄは、頂部チャンバインタフェース１５の詳細を示す。図３Ａは、頂部チャンバインタフェース１５の上面図であり、図３Ｂは、側壁１５ｆの厚くなった壁部１５ａと、薄い壁部１５ｂと、上部真空シール面１５ｃと、下部真空シール面１５ｄと、側部注入口１５ｅとを示す側断面図である。図３Ｃは、上部真空シール面１５ｃの詳細を示し、シール面と、Ｏリングを収容するための溝１５ｇとの様々な寸法が記載されている。図３Ｄは、外壁１５ｉ内の環状凹部１５ｈにおける側部ガス注入器の位置を示す斜視図である。
【００２８】
図４Ａは、頂部注入器を受領するための中央開口部１６ａと、温度センサを収容するための上面１６ｃ内のめくら穴１６ｂと、外側面１６ｆの底部フランジ１６ｅのクロッキング特徴部１６ｄとを含む窓１６の詳細を示す。図４Ｂは、図４Ａに示した窓の側面図である。図４Ｃは、プラズマ溶射した酸化イットリウム等のセラミック被覆に覆われた凹面の外側にある真空シール面１６ｇの詳細を示す。図４Ｄは、窓の外周の断面図であり、丸みのある凹部１６ｉが側壁１６ｆ内へ延びている。図４Ｅは、１個のめくら穴１６ｂの詳細および寸法を示す。図４Ｆは、単一の位置において窓の側面内へ延びる、０．６２５インチの半径を有する凹部であるクロッキング特徴部１６ｄの詳細および寸法を示しており、凹部の縁部は、半径の中心に対して９０°の角度を成す。図４Ｇは、窓の詳細および寸法を示し、図４Ｈは、めくら穴の相対的な深さを示す窓の断面を示す。
【００２９】
図５Ａは、チャンバの上面を示しており、円筒形の頂部チャンバインタフェース１５が上部チャンバ１４の正方形のハウジング内に配置されている。図５Ｂは、図５Ａの左上隅部の拡大図であり、頂部チャンバインタフェースを支持するためのブラケットの仕組みを示す。図５Ｃは、共通ガス供給部５０ａと、長さの等しい２本の１次ガスライン５０ｂと、長さの等しい２本の２次ガスライン５０ｃと、長さの等しい４本の３次ガスライン５０ｄと、８箇所の側部注入器の位置に調整ガスを送給する８個の接続部５０ｅとを含む、側部注入ガス供給システム５０を示す。図５Ｄは、ガス注入システム５０（調整ガスは共通供給部５０ａから側部注入器のそれぞれまで同じ距離だけ移動する）が頂部チャンバインタフェース１５の外面内の環状凹部により画成された小さな容積内に嵌合する様子を示している。図５Ｅは、共通ガス供給部５０ａと、接続部５０ｆにおいて終了する２本の１次ガスライン５０ｂとの詳細を示す。図５Ｆは、ガス接続部５０ｇ（ガス接続部５０ｆに接続する）により分岐された一方の２次ガスライン５０ｃと、２次ガスライン５０ｃの端部に接続する接続部５０ｈにより分岐された２本の３次ガスライン５０ｄの詳細を示す。図５０Ｇは、頂部チャンバインタフェース１５の側壁内に装着された側部ガス注入器５０ｉの詳細を示す。図５Ｈは、１次ガスライン５０ｂが頂部チャンバインタフェース１５の側壁内の環状凹部内に嵌合する様子の詳細を示す。図５Ｉは、ガス注入システムがガスを側部注入器５０ｉの１つに送給する様子の詳細を示す。図５Ｊは、側部ガス注入器５０ｉを示し、図５Ｋは、側部ガス注入器５０ｉと頂部チャンバインタフェース１５の側部注入口１５ｅ内の対向面との間に嵌合するワッシャ５０ｊを示す。
【００３０】
好適な実施形態において、頂部チャンバインタフェースは、プロセス支援ハードウェア（高周波入力コイル、温度制御窓、整合用特徴部、チャンバ温度制御ハードウェア、側部ガス注入器、ガス送給管等）の装着と、真空シールと、部品からの電流の伝導とのための特徴部を有する、硬質の陽極酸化アルミニウムシリンダである。真空シールは、好ましくは、シリンダの頂部および底部に位置する１つ以上のＯリングである。電気伝導は、好ましくは、シリンダの溝内に嵌合しかつ隣接する構成要素上の裸金属片に接触する金属スプリングＲＦガスケットの使用により確立される。重量および熱質量は、シリンダの上部において増加させ、所望の温度均一性を達成する。内側プラズマ露出面は、プラズマ溶射した酸化イットリウム等のセラミック材料により被覆することができる。
【００３１】
図６Ａは、８個の側部ガス注入器５０ｉのうち１個の近位端部の端面図を示し、図６Ｂは、図６Ａの線Ａ−Ａに沿った注入器５０ｉの断面を示す。注入器５０ｉは、注入器本体６０を含み、注入器本体６０は、注入器本体６０の近位端面および遠位端面を介して軸線方向に延びる０．０３８〜０．０４２インチ、好ましくは、０．０４０インチの均一な直径を備えた中心穴６１を有する。注入器本体６０は、全長０．５２〜０．５３、好ましくは０．５２６インチであり、０．２７５〜０．２８５、好ましくは０．２７８インチ延びる上流部６２における外径は、０．２〜０．３、好ましくは０．２５インチであり、０．２４５〜０．２５０、好ましくは０．２４８インチの長さを有する下流部６３における外径は、０．１２〜０．１３、好ましくは０．１２５インチである。中心穴は、アスペクト比が少なくとも１０、好ましくは１３〜１４である。この穴のアスペクト比により、注入器内への逆拡散を制御して、ステンレス製のガス供給ラインの腐食を防止することができる。下流端部６３の遠位端部６４は、０．００５〜０．０１５、好ましくは０．０１インチ幅の環状面６５を形成する４５°（±１０°）の面取り部を含む。下流部６３の外面と、上流部および下流部の外面に垂直でありかつこれらの外面間に延びる表面６７との間の隅部６６には、０．００５〜０．０１５、好ましくは０．０１インチの半径の丸みを付ける。表面６７は、図５Ｋに示したワッシャ５０ｊに当接する。上流部６２の近位端面６８は、図５Ｉに示した接続部５０ｅの出口を囲む別のワッシャに当接する。図５Ｉにおいて確認できるように、注入器５０ｉの遠位端部は、側壁を越えて突出する。好ましくは、注入器５０ｉの遠位端部は、０．０５〜０．２、さらに好ましくは約０．１インチ、チャンバ内へ延びる。
【００３２】
好適な実施形態によれば、窓は、セラミックガス注入器と連結する中央部の穴を備えたセラミック円板である。さらに、頂部チャンバインタフェースと連結する底部外径（ＯＤ）上において外周から約０．５インチ延びる、約０．００８インチの隆起ランディングパッドを有する。窓と頂部チャンバインタフェースとの間の接触面には、Ｏリングシールが存在する。セラミック円板は、厚さ約１インチであり、アルミナ等、低損失正接の高純度セラミック材料から作成され、底部凹面は、耐プラズマ性のため酸化イットリウムにより被覆される。円板は、熱電対（ＴＣ）および抵抗温度検出器（ＲＴＤ）を受け入れる２つのめくら穴を上面に有する。ＴＣおよびＲＴＤの位置および深さは、所望のプロセス温度の監視を達成しかつ窓への損傷を回避するように選択される。ＴＣおよびＲＴＤ穴の底部は、穴の応力集中を低減するために球面半径を有する。
【００３３】
頂部チャンバインタフェースと窓との間の接触領域は、これら２つの構成要素間において伝達される熱の量を決定する。プラズマ処理中、窓の中央部は高温になるため、接触領域は、窓の縁部へ熱を伝導して、ＯＤの温度を中央部のものに近くするのを支援することが望ましい。アドリング時（チャンバ内にプラズマが生成されていない時）、窓の中央部は低温となるため、接触領域は、窓へ熱を全く伝導せず、窓の中央部の温度を一致させることが望ましい。
【００３４】
ＴＣおよびＲＴＤの深さは、窓の中立軸線（ゼロ応力線、引張応力および圧縮応力を分離する線）が何処に存在するかを決定し、その軸線の上方に穴の底部を保持することで設定される。さらに、分析により、測定点および対象点における温度差がどのくらいかを決定することができる。この差は、分析を実行するために使用されるソフトウェアにおいて考慮することができる。
【００３５】
さらに、ＴＣおよびＲＴＤの位置を分析して、ソフトウェアにおいてどのくらいのオフセットを考慮する必要が有るかを決定する。窓の応力は、窓の中央部とＯＤとの間の温度差に関連付けることができる。頂部ガス注入器が存在するため、窓の中央部の温度は測定できないことから、この分析により、窓の中央部の温度と、測定点の温度とを関連付けることができる。
【００３６】
穴の底部が球面半径を有していない場合、窓は、穴が位置する場所において、高い応力集中が生じる。窓の内部はチャンバ内の真空圧に晒されるため、窓の中心から縁部への温度勾配が存在する時、穴の底部が丸みを帯びていない場合、窓は、破損する可能性がある。穴の底部に球面半径を付与することにより、鋭い縁部が除去されるため、応力および破損の可能性が低減される。
【００３７】
セラミック窓は、交換、補修、および整備が可能であり、容易に製造可能なものとなる。窓は、好ましくは、厚さ約１インチ、直径約２２インチである。ＴＣおよびＲＴＤ用の穴の望ましい寸法は、イットリウム被覆面から０．４９４±０．００９インチであり、穴は、窓の中心から約５．６インチの半径上で１８０°離れている。穴は、全深さ約０．５インチであり、穴１６ｂの入口は、４５°のテーパを有し、穴の入口の直径は０．３９０インチとなる。穴の底部は、約０．１３０インチの直径を有する。
【００３８】
側部注入システムは、調整ガスを送給可能であり、システムは、取り外し可能、補修可能、整備可能、および製造可能であると共に耐漏洩性および耐プラズマ性を有する対称供給式の８ポートガス注入システムとなるように設計される。２０℃〜１２０℃の温度範囲内において動作可能であり、１／４インチステンレス管と、カスタム設計の薄型真空シールインタフェースとを使用する。側部ガス注入システムのほぼ全ての表面は、幅０．７５０インチ、高さ１．６１２インチの矩形断面の空間内に嵌合すると同時に、ほぼ全ての表面は、２２．５インチの直径の外側まで延びていない。
【００３９】
側部ガス注入システムの機能は、調整ガスをプラズマ内に均一に提供することである。側部ガス注入システムの流量および流動均一性は、主に、固体イットリア製の８個の側部ガス注入器の内径と、ガス送給管の全容積と、単一のガス供給位置から全ての注入器位置までの対称経路との関数となる。ガス注入システムの寸法は、各固体イットリア製注入器の内径：０．０４０±０．００２インチ、ＶＣＲ継手（共通供給部５０ａの上流端部に位置するガス継手）からのガス注入システムの容積：２．９２２立方インチ、ＶＣＲ継手から各注入器へのガス移動経路の長さ：３７．４２６インチ、とすることができる。
【００４０】
真空継手インタフェースは、例えば、Ｋ１Ｓ継手よりも小さく、イットリア製側部ガス注入器は、プラズマに直接晒される唯一のシステム要素であり、サイズを最小化することが可能であり、消耗時には、遥かに高価なステンレス溶接物を交換する必要なく交換できる。
【００４１】
頂部チャンバインタフェースは、頂部および底部のＯリングと、セラミック窓に接合する頂部接触面とを備えた、陽極酸化およびセラミック被覆アルミニウムシリンダである。頂部チャンバは、反復可能なウェーハ処理のために能動的に加熱され、一定の温度に維持される。
【００４２】
窓の縁部の温度は、頂部チャンバに対するインタフェースにより主に制御される。チャンバインタフェースは、主に、どの程度の熱が窓の縁部に入るか、或いは窓の縁部から除去されるかを制御する。したがって、縁部をアイドリング中に低温に、ウェーハ処理中に高温に維持するためには、最適な熱流がインタフェース全体に提供されるように、アイドリング中または処理中の温度勾配を小さく保つことが望ましい。アイドリング中の熱流が大きすぎると、縁部は過度に高温となり、窓の破損を招く。ウェーハ処理中の熱流が小さすぎると、縁部が過度に低温となり、破損につながる。インタフェース全体の熱流を主に制御するインタフェースの特徴部は、空中の窓に対するチャンバの接触表面積である。空中接触領域は、Ｏリング溝の外径から、窓がチャンバに接触するチャンバの外径までとなる。こうした寸法は、アイドリング中およびウェーハ処理中の熱流の分析および試験により、最適化することができる。
【００４３】
加えて、インタフェースの平坦性は、熱伝導にとって極めて重要であり、維持する必要が有る。様々な望ましい寸法には、外側Ｏリング溝の直径Φ１＝２１．２９０±０．００７インチ、チャンバ接触領域の外径Φ２＝２２．００±０．００５インチ、チャンバ接触領域の平坦性０．００２インチが含まれる。
【００４４】
以上、実施形態例および最良の形態を開示してきたが、開示した実施形態には、以下の実用新案登録請求の範囲により定められる本考案の内容および趣旨の範囲内で、変形および変更を施し得る。
【図１】
0003178295.tif 000003
【図２】
0003178295.tif 000004
【図３Ａ】
0003178295.tif 000005
【図３Ｂ】
0003178295.tif 000006
【図３Ｃ】
0003178295.tif 000007
【図３Ｄ】
0003178295.tif 000008
【図４Ａ】
0003178295.tif 000009
【図４Ｂ】
0003178295.tif 000010
【図４Ｃ】
0003178295.tif 000011
【図４Ｄ】
0003178295.tif 000012
【図４Ｅ】
0003178295.tif 000013
【図４Ｆ】
0003178295.tif 000014
【図４Ｇ】
0003178295.tif 000015
【図４Ｈ】
0003178295.tif 000016
【図５Ａ】
0003178295.tif 000017
【図５Ｂ】
0003178295.tif 000018
【図５Ｃ】
0003178295.tif 000019
【図５Ｄ】
0003178295.tif 000020
【図５Ｅ】
0003178295.tif 000021
【図５Ｆ】
0003178295.tif 000022
【図５Ｇ】
0003178295.tif 000023
【図５Ｈ】
0003178295.tif 000024
【図５Ｉ】
0003178295.tif 000025
【図５Ｊ】
0003178295.tif 000026
【図５Ｋ】
0003178295.tif 000027
【図６Ａ】
0003178295.tif 000028
【図６Ｂ】
0003178295.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月26日(2011.4.26)
【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】
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの交換可能上部チャンバ部品であって、窓を備え、
前記窓は、
均一な厚さを有するセラミック円板と、
温度監視センサを収容するように構成された少なくとも１個のめくら穴と、
頂部チャンバインタフェースの上部フランジを密閉するように構成された真空シール面と、
処理ガスを前記チャンバの中心へ送給する頂部ガス注入器を収容するように構成された中心穴と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項２】
請求項１記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記窓は、温度検出プローブを取り付けるように構成された２つのめくら穴を上面内に含む、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項３】
請求項１記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記窓は、前記窓下方の前記チャンバ内の開かれた空間へ処理ガスを送給する中央ガス通路を有する円筒形ガス注入器本体と固定係合するように構成された中央開口部を含む、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項４】
請求項１記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記窓は、その下面上に熱溶射イットリア被覆を含む、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、側部ガス送給システムを備え、
前記側部ガス送給システムは、
共通供給部から調整ガスを受領する二分岐ガスラインと、
前記共通供給部から、前記頂部チャンバインタフェースの側壁内に装着された注入器へ、前記調整ガスを等しい距離だけ流動させるように構成されたガス管と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項６】
請求項５記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、頂部チャンバインタフェースを備え、
前記頂部チャンバインタフェースは、
均一な直径の内面、前記内面から水平に離れる方向へ延びる上部フランジ、および前記内面から水平に離れる方向へ延びる下部フランジを有するモノリシック金属シリンダと、
前記プラズマチャンバの誘電体窓を密閉するように構成された上部環状真空シール面と、
前記プラズマチャンバの底部を密閉するように構成された下部環状真空シール面と、
前記シリンダの上部に位置する熱質量であって、前記内面と、前記上部フランジから垂直に延びる外面と、の間の前記シリンダの幅広部分により定められ、前記内面の方位角方向の温度均一性を提供する上で効果的である熱質量と、
前記シリンダの下部に位置し、前記下部真空シール面の熱伝導を最小化する上で効果的であり、０．２５インチ未満の厚さを有し、前記内面の長さの少なくとも２５％に渡って延びる薄い金属部により定められたサーマルチョークと、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項７】
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの交換可能上部チャンバ部品であって、側部ガス送給システムを備え、
前記側部ガス送給システムは、
共通供給部から調整ガスを受領する二分岐ガスラインと、
前記共通供給部から、前記頂部チャンバインタフェースの側壁内に装着された注入器へ、前記調整ガスを等しい距離だけ流動させるように構成されたガス管と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項８】
請求項７記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記側部ガス送給システムは、前記頂部チャンバインタフェースの周囲に対称に配置された８個の注入器を含み、
前記ガスラインは、８本のガスラインを含むことが可能であり、そのうち、
長さの等しい２本の１次ガスラインは、前記共通供給部から延び、
長さの等しい２本の２次ガスラインは、前記１次ガスラインの出口から延び、
長さの等しい４本の３次ガスラインは、前記２次ガスラインの出口から延びる、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項９】
請求項８記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記１次ガスラインは、前記２次ガスラインより長く、
前記２次ガスラインは、前記３次ガスラインより長く、
前記１次ガスラインは、前記２次ガスラインの中間点に接続され、
前記２次ガスラインは、前記３次ガスラインの中間点に接続される、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１０】
請求項７記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記側部ガス送給システムは、前記頂部チャンバインタフェースの外面にある環状凹部により定められた小容積内に嵌合するように設計される、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１１】
請求項７記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースの外面は、環状凹部を含み、
前記側部ガス送給システムは、前記環状凹部により定められた容積内に完全に嵌合される、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、頂部チャンバインタフェースを備え、
前記頂部チャンバインタフェースは、
均一な直径の内面、前記内面から水平に離れる方向へ延びる上部フランジ、および前記内面から水平に離れる方向へ延びる下部フランジを有するモノリシック金属シリンダと、
前記プラズマチャンバの誘電体窓を密閉するように構成された上部環状真空シール面と、
前記プラズマチャンバの底部を密閉するように構成された下部環状真空シール面と、
前記シリンダの上部に位置する熱質量であって、前記内面と、前記上部フランジから垂直に延びる外面と、の間の前記シリンダの幅広部分により定められ、前記内面の方位角方向の温度均一性を提供する上で効果的である熱質量と、
前記シリンダの下部に位置し、前記下部真空シール面の熱伝導を最小化する上で効果的であり、０．２５インチ未満の厚さを有し、前記内面の長さの少なくとも２５％に渡って延びる薄い金属部により定められたサーマルチョークと、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１３】
請求項１２記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、窓を備え、
前記窓は、
均一な厚さを有するセラミック円板と、
温度監視センサを収容するように構成された少なくとも１個のめくら穴と、
頂部チャンバインタフェースの上部フランジを密閉するように構成された真空シール面と、
処理ガスを前記チャンバの中心へ送給する頂部ガス注入器を収容するように構成された中心穴と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１４】
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの交換可能上部チャンバ部品であって、頂部チャンバインタフェースを備え、
前記頂部チャンバインタフェースは、
均一な直径の内面、前記内面から水平に離れる方向へ延びる上部フランジ、および前記内面から水平に離れる方向へ延びる下部フランジを有するモノリシック金属シリンダと、
前記プラズマチャンバの誘電体窓を密閉するように構成された上部環状真空シール面と、
前記プラズマチャンバの底部を密閉するように構成された下部環状真空シール面と、
前記シリンダの上部に位置する熱質量であって、前記内面と、前記上部フランジから垂直に延びる外面と、の間の前記シリンダの幅広部分により定められ、前記内面の方位角方向の温度均一性を提供する上で効果的である熱質量と、
前記シリンダの下部に位置し、前記下部真空シール面の熱伝導を最小化する上で効果的であり、０．２５インチ未満の厚さを有し、前記内面の長さの少なくとも２５％に渡って延びる薄い金属部により定められたサーマルチョークと、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１５】
請求項１４記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースは、前記窓と前記頂部チャンバインタフェースとの間に真空シールを提供するＯリングを収容するように構成された、前記上部フランジ内の溝を含む、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１６】
請求項１４記載の交換可能上部チャンバ部品であって、
前記頂部チャンバインタフェースは、陽極酸化アルミニウムである、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６のいずれかに記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、窓を備え、
前記窓は、
均一な厚さを有するセラミック円板と、
温度監視センサを収容するように構成された少なくとも１個のめくら穴と、
頂部チャンバインタフェースの上部フランジを密閉するように構成された真空シール面と、
処理ガスを前記チャンバの中心へ送給する頂部ガス注入器を収容するように構成された中心穴と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１８】
請求項１７記載の交換可能上部チャンバ部品であって、さらに、側部ガス送給システムを備え、
前記側部ガス送給システムは、
共通供給部から調整ガスを受領する二分岐ガスラインと、
前記共通供給部から、前記頂部チャンバインタフェースの側壁内に装着された注入器へ、前記調整ガスを等しい距離だけ流動させるように構成されたガス管と、を備える、交換可能上部チャンバ部品。
【請求項１９】
セラミック側部ガス注入器であって、
半導体基板を処理可能なプラズマ反応チャンバの頂部チャンバインタフェースの側壁にある８個の対称に配置されたガス注入器装着穴の何れかに装着されるように構成されたセラミック側部ガス注入器であり、
下流部より直径の大きな上流部を有する段付き円筒形セラミック本体と、
前記セラミック本体の軸端面を介して軸線方向に延びる均一な直径の中心穴と、からなる前記側部ガス注入器。
【請求項２０】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記中心穴は、
直径０．０３８〜０．０４２インチであり、
長さ０．５２〜０．５３インチである、ガス注入器。
【請求項２１】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記セラミック本体は、全体がイットリアからなる、ガス注入器。
【請求項２２】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記上流部は、前記装着穴の幅広部分内に嵌合するサイズであり、
前記下流部は、前記頂部チャンバインタフェースの前記側壁のプラズマ露出面の開口部内に嵌合するサイズであり、前記注入器の遠位端部が前記プラズマ露出面を超えて０．０５〜０．２インチ突出するようになる、ガス注入器。
【請求項２３】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記セラミック本体は、
前記上流部の前記軸端面上の第１のワッシャ係合面と、
前記上流部と前記下流部との間に垂直に延びる第２のワッシャ係合面と、を含む、ガス注入器。
【請求項２４】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記中心穴は、アスペクト比が１３〜１４である、ガス注入器。
【請求項２５】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記セラミック本体は、
長さ０．５２〜０．５３インチであり、
前記上流部の直径が０．２〜０．３インチであり、
前記下流部の直径が０．１２〜０．１３インチである、ガス注入器。
【請求項２６】
請求項１９記載のガス注入器であって、
前記上流部は、長さ０．２７〜０．２８インチであり、
前記下流部は、長さ０．２４〜０．２５インチである、ガス注入器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図６Ａは、８個の側部ガス注入器５０ｉのうち１個の近位端部の端面図を示し、図６Ｂは、図６Ａの線Ａ−Ａに沿った注入器５０ｉの断面を示す。注入器５０ｉは、注入器本体６０を含み、注入器本体６０は、注入器本体６０の近位端面および遠位端面を介して軸線方向に延びる０．０３８〜０．０４２インチ（１インチを２．５４センチとして、０．０９６５〜０．１０７センチ）、好ましくは、０．０４０インチの均一な直径を備えた中心穴６１を有する。注入器本体６０は、全長０．５２〜０．５３（同、１．３２〜１．３５センチ）、好ましくは０．５２６インチであり、０．２７５〜０．２８５、好ましくは０．２７８インチ延びる上流部６２における外径は、０．２〜０．３（同、０．５０８〜０．７６２センチ）、好ましくは０．２５インチ（同、０．６３５センチ）であり、０．２４５〜０．２５０、好ましくは０．２４８インチの長さを有する下流部６３における外径は、０．１２〜０．１３（同、０．３０５〜０．３３０センチ）、好ましくは０．１２５インチである。中心穴は、アスペクト比が少なくとも１０、好ましくは１３〜１４である。この穴のアスペクト比により、注入器内への逆拡散を制御して、ステンレス製のガス供給ラインの腐食を防止することができる。下流部６３の遠位端部６４は、０．００５〜０．０１５、好ましくは０．０１インチ幅の環状面６５を形成する４５°（±１０°）の面取り部を含む。下流部６３の外面と、上流部および下流部の外面に垂直でありかつこれらの外面間に延びる表面６７との間の隅部６６には、０．００５〜０．０１５、好ましくは０．０１インチの半径の丸みを付ける。表面６７は、図５Ｋに示したワッシャ５０ｊに当接する。上流部６２の近位端面６８は、図５Ｉに示した接続部５０ｅの出口を囲む別のワッシャに当接する。図５Ｉにおいて確認できるように、注入器５０ｉの遠位端部は、側壁を越えて突出する。好ましくは、注入器５０ｉの遠位端部は、０．０５〜０．２（同、０．１２７〜０．５０８センチ）、さらに好ましくは約０．１インチ、チャンバ内へ延びる。