(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理するために有用なプラズマ処理システムであって、
チャンバ側壁によって画定される内部空間を有するプラズマ処理チャンバと、
前記内部空間内で基板が処理される基板支持体であって、チャンバ側壁が前記基板支持体の周辺の外側で離間される前記基板支持体と、
前記基板の処理中に、プロセスガスを前記内部空間に供給することができるガス供給部と、
前記基板の処理中に、前記内部空間内の前記プロセスガスにエネルギを与えてプラズマ状態にすることができるエネルギ源と、
前記チャンバ側壁と前記基板支持体の周辺との間に支持されるセラミックタイルのアセンブリを有するセラミックライナとを備え、
前記セラミックライナは、当該セラミックライナと前記チャンバ側壁との間に位置する曲げ可能な金属フレームによって支持され、前記曲げ可能な金属フレームは、前記処理チャンバによって支持され、
前記曲げ可能な金属フレームが、分割された内側フレーム部材および分割された外側フレーム部材を含み、エラストマジョイントが、前記各セラミックタイルをそれぞれ前記内側フレーム部材のセグメントに接合し、前記内側フレーム部材が前記外側フレーム部材によって支持され、前記外側フレーム部材が前記処理チャンバによって支持される半導体基板を処理するために有用なプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記セラミックタイルが、組み合う端部を有する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
エラストマジョイントが、前記各セラミックタイルを前記曲げ可能な金属フレームに支持されたそれぞれの金属バッキング部材に取り付ける請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記曲げ可能な金属フレームが、前記エラストマジョイント、前記金属バッキング部材、および前記曲げ可能な金属フレームを通して、熱的に制御された部材まで延びる熱的な経路を介して、熱を前記セラミックタイルから取り除くことができるように、当該熱的に制御された部材によって支持される請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記セラミックライナを加熱可能なように、前記曲げ可能な金属フレームによって支持されるヒータを更に備える請求項４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記セラミックタイルが、主としてＣＶＤ  ＳｉＣからなる請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記セラミックタイルが、主としてＣＶＤ  ＳｉＣでコーティングされた焼結されたＳｉＣからなる請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記曲げ可能な金属フレームは、前記プラズマ処理システムの動作中に前記セラミックライナおよび前記内側および外側フレーム部材上の熱応力差に適応できるように構成される請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記処理チャンバは更に、熱的に制御された部材を備え、前記外側フレーム部材の上側部分が、前記処理チャンバの前記熱的に制御された部材によって支持され、前記外側フレーム部材の下側部分が、前記内側フレーム部材の下側部分に取り付けられ、前記セラミックライナが、前記内側フレーム部材によって支持される請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記セラミックライナが、前記処理チャンバ内外への前記基板の通路のためのスロットを前記セラミックライナ内に含む請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記タイルが、前記スロットの上下に配置され、前記スロットがＳｉＣである前記ライナ、前記タイル、およびインサートに取り付けられたウエハ通路インサート内に配設される請求項１０に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
前記内側および外側フレーム部材が円筒状であり、連続的な上側部分および分割された下側部分を含み、前記分割された下側部分が、軸方向に延びるスロットによって、互いから分離されている軸方向に延びるセグメントを備える請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１３】
さらに、前記セラミックライナの下側部分から内側に延びるセラミックプラズマスクリーンを備え、前記セラミックプラズマスクリーンが通路を含み、前記通路を介して、プロセスガスおよび反応副生成物が、基板の処理中に前記処理チャンバの内側から取り除かれる請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１４】
前記セラミックプラズマスクリーンがＳｉＣからなり、前記チャンバ側壁と前記基板支持体との間の環状空間内に支持された複数のセグメントを備え、前記通路が、前記チャンバ側壁から内側に半径方向に延びるスロットを備える請求項１３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１５】
前記セラミックプラズマスクリーンが、電気的に導電性のエラストマジョイントによって、前記曲げ可能な金属フレームへ取り付けられ、前記曲げ可能な金属フレームと前記プラズマスクリーンが、前記エラストマジョイントによって前記曲げ可能な金属フレームへ電気的に接地される請求項１３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のシステムによって基板を処理する方法であって、前記基板支持体上に支持された個々の基板が、前記処理チャンバ内で生成されるプラズマでエッチングされる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、半導体処理装置に関し、より詳細には、プラズマエッチングチャンバなどの処理チャンバのためのセラミックライナに関する。
（発明の背景）
半導体処理の分野では、真空チャンバにエッチングまたは堆積ガスを供給し、ガスにエネルギを与えてプラズマ状態にするためにガスにＲＦフィールドを印加して、基板上の材料のエッチングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）のために、真空処理チャンバが一般的に使用される。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる、平行平板トランスフォーマ結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））、および電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）リアクタとその構成部品の例は、公開されている米国特許第４，３４０，４６２号、同第４，９４８，４５８号、同第５，２００，２３２号、および同第５，８２０，７２３号に開示されている。そのようなリアクタ内のプラズマ環境の腐食性の性質と、粒子および／または重金属の汚染を最小化する要件とのため、そのような装置の構成部品が高い腐食抵抗を示すことが、非常に望まれている。
【０００２】
半導体基板の処理中、その基板は、通常、機械的なクランプおよび静電クランプ（ＥＳＣ）により基板ホルダ上に、真空チャンバ内で適切な場所に保持される。そのようなクランピングシステムおよびその構成部品の例は、公開されている米国特許第５，２６２，０２９号、および同第５，８３８，５２９号に見ることができる。プロセスガスを、ガスノズル、ガスリング、ガス分配プレートなどの様々な方法で、チャンバへ供給することができる。誘導結合プラズマリアクタのための温度制御されたガス分配プレートおよびその構成部品の例は、公開されている米国特許第５，８６３，３７６号に見ることができる。
【０００３】
アルミニウムおよびアルミニウム合金は、プラズマリアクタの壁に広く使用されている。壁の腐食を防ぐために、様々なコーティングでアルミニウム表面をコーティングするための様々な技術が提案されている。例えば、米国特許第５，６４１，３７５号は、アルミニウムチャンバ壁が、陽極酸化され、プラズマ腐食および壁の磨耗を低減することを開示している。その米国特許第５，６４１，３７５号は、最後にはその陽極酸化された層は、スパッタされまたはエッチングされて除かれ、チャンバを取替えなければならないことを記載している。エッチングチャンバの金属表面上にＡｌ２Ｏ３をフレーム溶射する技術が、米国特許第４，４９１，４９６号に開示されていることを、米国特許第５，６８０，０１３号は記載している。米国特許第５，６８０，０１３号は、アルミニウムと酸化アルミニウムなどのセラミックコーティングとの間の熱膨張率の違いが、熱サイクルのためにコーティングのクラックをもたらし、最後には腐食性環境におけるコーティングの不良をもたらすことを記載している。米国特許第５，０８５，７２７号は、プラズマアシステッドＣＶＤにより堆積された、プラズマチャンバの壁にためのカーボンコーティングを開示している。
【０００４】
チャンバ壁を保護するために、米国特許第５，３６６，５８５号、同第５，５５６，５０１号、同第５，７８８，７９９号、同第５，７９８，０１６号、および同第５，８８５，３５６号は、ライナ構成を提案している。例えば、米国特許第５，３６６，５８５号は、少なくとも０．００５インチの厚みを有し、固体のアルミナから機械加工された自立型セラミックライナを開示している。また、米国特許第５，３６６，５８５号は、下のアルミニウムを消費することなく堆積され、フレーム溶射またはプラズマ溶射された酸化アルミニウムによって設けられることができる、セラミック層の使用を記載している。米国特許第５，５５６，５０１号は、ポリマ、水晶、またはセラミックのプロセスに適合性のあるライナを開示している。米国特許第５，７８８，７９９号は、埋め込まれた抵抗ヒータを有する温度制御されたセラミックライナを開示している。そのセラミックは、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、炭化シリコン、炭化チタン、炭化ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ボロン、窒化シリコン、窒化チタンでもよい。米国特許第５，７９８，０１６号は、容易な機械加工性のために好ましいアルミニウムを備える、セラミック、アルミニウム、鋼、および／または水晶のライナを開示し、そのライナは、プラズマからのアルミニウム保護を提供するためのアルミニウムコーティングに好ましいＡｌ２Ｏ３を備える、酸化アルミニウム、Ｓｃ２Ｏ３、またはＹ２Ｏ３のコーティングを有する。米国特許第５，８８５，３５６号は、ＣＶＤチャンバ内で使用するウエハ台のための、アルミナのセラミックライナ、および窒化アルミニウムのセラミックシールドを開示している。米国特許第５，９０４，７７８号は、チャンバ壁、チャンバルーフ、またはウエハの回りのカラーとして使用するための、自立型ＳｉＣ上のＳｉＣのＣＶＤコーティングを開示している。米国特許第５，２９２，３９９号は、ウエハ台を囲むＳｉＣリングを開示している。焼結されたＳｉＣを準備するための技術は、米国特許第５，１８２，０５９号に開示されている。
【０００５】
シャワーヘッドガス分配システムなどのプラズマリアクタ構成部品に関して、シャワーヘッドの材料に関する様々な提案がなされている。例えば、公開されている米国特許第５，５６９，３５６号は、シリコン、グラファイト、または炭化シリコンのシャワーヘッドを開示している。米国特許第５，８８８，９０７号は、アモルファス炭素、ＳｉＣ、またはＡｌのシャワーヘッド電極を開示している。米国特許第５，００６，２２０号および同第５，０２２，９７９号は、純度の高いＳｉＣの表面層を提供するためにＣＶＤで堆積された、完全にＳｉＣで作られるか、またはＳｉＣでコーティングされた炭素ベースのシャワーヘッド電極を開示している。
【０００６】
半導体処理装置の構成部品に関する高純度および腐食抵抗の必要性の点から、そのような構成部品のために使用される材料および／またはコーティングにおける改善が、従来技術には必要である。さらに、チャンバ材料に関して、プラズマリアクタチャンバの耐用年数を増加でき、したがって装置の停止時間を減少することができる任意の材料が、半導体ウエハの処理のコストを低減に有益であろう。
（発明の概要）
本発明は、その中で半導体基板が処理されるプラズマ処理チャンバのための、タイル張りライナ(tiled liner)を提供する。タイル張りライナは、チャンバの側壁の内側に配置されるセラミックタイルのアセンブリを備える。プラズマチャンバは、基板支持体、ガス供給部、およびエネルギ源を含むことができる。１つまたは複数の基板がその上で処理される基板支持体は、チャンバの内側空間内に配置される。チャンバ側壁は、基板支持体の周辺の外側で離間され、ガス供給部は、チャンバの内部空間にプロセスガスを供給する。エネルギ源は、基板の処理中に、内部空間内のプロセスガスにエネルギを与えてプラズマ状態にする。
【０００７】
好ましい実施形態によれば、タイル張りライナは、エラストマジョイントまたは弾性的に曲げ可能な金属フレームなどの弾力支持部材によって支持される。例えば、弾力支持体は、それぞれのセラミックタイルをそれぞれ金属バッキング部材に取り付けるエラストマジョイントを備えることができる。金属バッキング部材は、熱的に制御された部材によって支持された弾性的に曲げ可能な金属フレームに支持されることができ、熱は、エラストマジョイント、金属バッキング部材、および曲げ可能な金属フレームを通って、熱的に制御された部材まで延びる熱的な経路を介して、セラミックタイルから除去可能である。その代わりに、弾力支持体は、各セラミックタイルとチャンバ側壁との間のエラストマジョイントを備えることができる。
【０００８】
タイルは、一連の組み合わされたＳｉＣタイルなどのセラミックタイルにできる。弾性的に曲げ可能な金属フレームは、内側フレーム部材と外側フレーム部材とを備えることができ、内側フレーム部材は外側フレーム部材によって支持され、外側フレーム部材はチャンバによって支持される。内側および外側フレーム部材は、プラズマ処理システムの動作中にタイル張りライナおよびフレーム部材上の熱応力の差に適応できるように構成することができる。そのような構成において、外側フレーム部材の上側部分は、チャンバの熱的に制御された部分によって支持されることができ、外側フレーム部材の下側部分は、内側フレーム部材の下部に取り付けられることができ、タイル張りライナは、内側フレーム部材によって支持可能である。さらに、曲げ可能な金属フレームは、連続する上側部分と分割された下側部分とを含むことができる。例えば、曲げ可能な金属フレームは、円筒状にすることができ、分割された下側部分は、軸方向に延びるスロットによって互いから分離された、軸方向に延びるセグメントを備えることができる。内側および外側フレーム部材が円筒状であり、連続する上側部分と分割された下側部分とを含むなら、その分割された下側部分は、軸方向に延びるスロットによって互いから分離された、軸方向に延びるセグメントを備える。
【０００９】
本発明の他の実施形態によれば、セラミックプラズマスクリーンが、タイル張りライナの下側部分から内側に延び、セラミックプラズマスクリーンは、通路を含み、その通路を通って、プロセスガスおよび反応副生成物が、基板の処理中にチャンバの内部から取り除かれる。例えば、セラミックプラズマスクリーンは、チャンバ側壁と基板支持体との間の環状空間内に支持された、複数の個別のスクリーンセグメントを備えることができ、通路は、チャンバ側壁から半径方向内側に延びるスロットを備える。セラミックプラズマスクリーンは、電気的に導電性のエラストマジョイントによって、曲げ可能な金属フレームに取り付けられることができ、プラズマスクリーンは、エラストマジョイントによって、曲げ可能な金属フレームへ電気的に接地されることができる。
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明によれば、タイル張りライナは、以下の目的の１つまたは複数を達成することができる、セラミックタイルのアセンブリを備える。その目的は、ライナを通って接地への電気的な経路を提供することによって、良好なプラズマ形成を維持することと、ライナの熱的な制御を提供することによって、プロセスドリフトを避けることと、弾力ライナ支持体を提供することによって、セラミックと金属構成部品との間の熱膨張差を克服することと、処理される基板からＡｌチャンバ壁および構成部品を遮蔽することによって、アルミニウム（Ａｌ）汚染を防ぐこととである。ライナの電気的な接地に関しては、セラミックライナが、電気的な導電材料から作られる。好ましいセラミック材料は、高純度を得ることができ、プラズマエッチングチャンバなどのプラズマリアクタ内に見られる腐食性の状態に対して、高い抵抗性を示すことが知られている材料である、ＳｉまたはＳｉＣである。
【００１０】
本発明は、セラミックライナを含む様々な構成部品が、ＳｉまたはＳｉＣで作られる、プラズマチャンバを提供する。ＳｉまたはＳｉＣのプラズマ腐食は、基板の粒子汚染なしにチャンバから排出され得るガス状のＳｉまたはＣ成分を生成するので、そのような材料は、プラズマ環境に適合性がある。熱的な制御に関しては、ＳｉＣは、特に優れた高い熱伝導率を示すことが知られており、シリコンウエハなどの基板の処理中に、ライナを所望の温度範囲に加熱または冷却させることを可能にする。膨張差の克服に関しては、本発明による弾力支持体は、セラミックライナがチャンバ内で自由に膨張または収縮できるようにする。Ａｌ汚染防止に関しては、セラミックライナは、ライナの内部にプラズマを閉じ込め、それにより、プラズマによるＡｌ壁または構成部品の侵食を避ける。
【００１１】
本発明による真空処理チャンバは、エッチング、堆積、レジスト剥離などの様々な半導体プラズマ処理ステップに使用されることが可能である。誘導結合プラズマ源を有する単一ウエハ真空処理チャンバ２の一例が、図１に示されている。プロセスガスは、ガス分配リング、ガス分配プレート、注入ノズルなどの適切な装置（図示せず）によって、処理チャンバ２に供給され、真空は、適切な真空ポンプ装置によってチャンバの内部４において維持される。チャンバ内で処理される基板は、基板支持体８上に支持されたシリコン半導体ウエハ６からなることが可能である。基板支持体８は、静電チャックおよび収束リング１０を含むことが可能である。真空ポンプは、処理チャンバの底部などの端壁内の大きな出口ポート１２に接続されることが可能である。真空処理チャンバは、誘電体窓１４、およびガス分配プレート１６を含むことが可能であり、ＲＦ電力は、チャンバ上部などの端壁上の誘電体窓１４の外側の、平面コイル１８などの外部ＲＦアンテナを通してチャンバに供給されることが可能である。しかしながら、プラズマ生成源は、ＥＣＲリアクタ、平行平板リアクタ、ヘリコンリアクタ、ヘリカル共鳴器などの、任意の他のタイプのプラズマ生成装置であることが可能である。プラズマ生成源は、チャンバの端壁に取り外し可能に装着された環状装着フランジなどのモジュラ装着構成に取り付けることが可能である。
【００１２】
装着フランジとチャンバ２との間の真空気密シールを維持するために、適切なＯリングシールが、チャンバ２の端壁内の溝にはめられ、ＲＦ遮蔽部材が真空シールを囲むことが可能である。真空ポンプによって、大きな真空の力が加えられるなら、装着フランジをチャンバ２に取り付けるための固定装置を使用する必要はない。実際、装着フランジは、チャンバ２の端壁に単に載せることが可能である。所望であれば、装着フランジまたはプラズマ生成源アセンブリの他の部分は、プラズマ生成源が、チャンバ２の内部４で機能するために垂直方向などの方向に回転できるように、チャンバ２にちょうつがいで取り付けることができる。
【００１３】
チャンバは、セラミックタイルで構成されたライナ２０を含む。ウエハ６を囲む空間内にプラズマを閉じ込めるためのプラズマスクリーン２２が、ライナ２０の下側端部から内側に延びる。図１に示された実施形態において、ライナ２０は、内側支持フレーム２４と外側支持フレーム２６とを含む弾性的に曲げ可能なフレームによって支持される。基板の処理中に所望の温度にライナを維持するために、ヒータ２８が、内側フレーム２４の上部に設けられる。動作において、ヒータ２８はライナ２０の加熱に有効であり、ライナ２０からの熱の除去は、内側および外側フレームを通してライナから熱を取り除く温度制御された部材３０によって、達成されることができる。ライナに埋め込まれたヒータ、または適切な放射加熱構成など他のタイプの加熱構成が、使用されることも可能である。適切な放射ヒータの詳細は、公開されている１９９９年９月２３日に出願された、米国出願０９／４０１，３０８（代理人整理番号０１５２９０−３６９）に開示され、その開示を参照によって本明細書に組み込む。
【００１４】
図２に示されるように、チャンバは、様々なプラズマ生成源が装着されることを可能にするモジュラ構成を有することが可能である。さらに、基板支持体８は、基板支持体／支持体アームアセンブリの全体が、チャンバ側壁の開口３２を通ってアセンブリを通過させることによって、チャンバから取り除かれることができるように、片持ち梁方式で装着された支持アームの一端に支持されることが可能である。チャンバは、任意の適切な材料からなることが可能であり、本発明の好ましい実施形態によれば、チャンバは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の単一の部片から形成される。
【００１５】
本発明の第１の実施形態によれば、プラズマチャンバライナ２０は、図３および図４に示される平坦なタイル３４のような、組み合わせるセラミックライナ要素を備える。プラズマに対して電気的な接地経路を提供するために、タイル３４は、好ましくは、シリコンまたは炭化シリコンなどの電気的な導電材料からなる。そのような材料は、アルミニウムを含まず、したがって処理される基板のＡｌ汚染を低減する追加される利点を提供する。好ましい実施形態によれば、ＳｉＣタイルは、アルミニウムバッキングプレート３６に接合される。好ましい接合材料は、ＳｉＣおよびＡｌの熱膨張率の差によって引き起こされる横方向の応力を吸収することができる、電気的に導電性のエラストマ３８である。各タイルおよびバッキングプレートアセンブリは、内側フレーム４２および外側フレーム４４を含む弾性的に曲げ可能なフレーム４０によって、チャンバ壁に取り付けられることができる。ライナの温度制御は、電気的なリード４９によって電力を供給されるヒータ４８と、温度制御された部材５０とによって達成される。
【００１６】
エラストマジョイントは、真空環境に適合性があり、２００℃より高いなど高温での熱的な劣化に耐性がある、ポリマ材料など任意の適切なエラストマ材料からなることができる。エラストマ材料は、任意に、電気的におよび／または熱的に伝導性の粒子のフィラー、またはワイヤメッシュ、織られたまたは織られていない導電性の織物など他の成形されたフィラーを含むことができる。１６０℃より高いプラズマ環境で使用されることができるポリマ材料は、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレンプロピレンコポリマ、セルロース、トリアセテート、シリコーン、およびゴムを含む。高純度のエラストマ材料の例は、ＲＴＶ１３３およびＲＴＶ１６７として、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されている一成分室温硬化接着剤、ＴＥＳ３２２１として、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されている一成分流動可能な熱硬化可能な（例えば１００℃より高い）接着剤、および「ＳＩＬＡＳＴＩＣ」として、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇから市販されているツーパート添加硬化エラストマを含む。特に好ましいエラストマは、２５０℃およびより高い温度で安定なエラストマである、Ｖ２１７としてＲｈｏｄｉａから市販されている、触媒で硬化される、すなわちＰｔ硬化されるエラストマなどのポリジメチルシクロヘキサンを含むエラストマである。
【００１７】
エラストマが、電気的に導電性のエラストマである場合には、電気的に導電性のフィラー材料は、電気的に導電性の金属または金属合金の粒子を含むことができる。プラズマ反応チャンバの不純物に敏感な環境で使用するために好ましい金属は、５〜２０重量％のシリコンを含有するアルミニウムをベースとする合金などのアルミニウム合金である。例えば、アルミニウム合金は、約１５重量％シリコンを含むことができる。しかしながら、シリコンまたは炭化シリコンのフィラー粒子も、使用することができる。
【００１８】
プラズマスクリーン５２は、タイル３４の下側端部から内側に延びる。プラズマスクリーン５２は、好ましくは、シリコンまたは炭化シリコンなどの電気的に導電性のセラミック材料からなり、開口５４を含む。この開口５４は、プラズマを閉じ込めるには十分に小さいが、プロセスガスおよび処理副生成物を真空ポンプによって取り除くことを可能にする。
【００１９】
ヒータ４８は、アルミニウムキャスティング内に埋め込まれた電気抵抗加熱要素からなることができる。したがって、加熱要素に電流を流すことによって、熱がアルミニウムキャスティングに加えられ、次にアルミニウムキャスティングが、熱を、内側フレーム４２、アルミニウムバッキングプレート３６、熱伝導エラストマ３８、およびタイル３４に伝達する。ヒータのアルミニウム本体の加熱および冷却の間、ヒータは、タイル３４によって形成されるセラミックライナより、大きい範囲で膨張する。そのような膨張および収縮に適応するために、内側および外側支持フレームは、弾性的に曲げ可能なよう構成される。例えば、フレームは、フレームの一連の軸方向に延びる下側部分が、軸方向に延びるスリットによって分離されるように、分割されることができる。さらに、内側および外側フレームは、所望の熱コンダクタンス量を提供するように構成されることができる。例えば、外側フレーム４４は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金などの金属からなることができ、その下側部分は、半導体基板の処理中の熱応力により外側フレームが十分に曲がることができるために、ライナおよび薄い上側部分から熱を取り除くために十分な厚みを有することができる。
【００２０】
図５は、ウエハなどの基板が、移送スロット５５を通してチャンバに導入されチャンバから取り出すことができる、チャンバ壁の部分を示す。図５に示される構成において、タイル３４のいつくかは、スロット５５の近傍において軸方向がより短い。スロット５５は、セラミック材料からなる一体部片から形成されることができ、または陽極酸化されたアルミニウムなどの他の材料から形成されることができる。例えば、スロット５５を有するセラミック材料は、ＣＶＤ  ＳｉＣでコーティングされたスリップキャストＳｉＣ、バルクＣＶＤ  ＳｉＣ、ＣＶＤ  ＳｉＣコーティングされたまたはコーティングされていない焼結されたＳｉＣ、反応接合されたＳｉＣ、グラファイトコンバーションＳｉＣなどの適切な材料からなることができる。図５は、どのように内側支持フレームが、スロット５５の回りにはめられるかの詳細を示す。外側支持フレーム（図示されていない）は、同様に構成されることができる。
【００２１】
ウエハ６とチャンバ壁４６との間において見えること(line of sight)がないように、各タイル３４は、図６に示されるように隣接するタイルのかみ合う端部と組み合う端部５６を有することができる。この代替の実施形態に示されるように、チャンバ５８は、タイルが、電気的におよび熱的に伝導性のエラストマによってチャンバの平坦な表面６０に直接接合される、多角形の内側表面６０を有することができる。そのような構成は、タイル／バッキングプレート構成より少ない部品を有し、洗浄および取替えのためのライナの取り外しをより速く実施することを可能にする点で有利である。
【００２２】
前述の実施形態において、チャンバ内のプラズマは、ガス分配プレート、ライナ、プラズマスクリーン、およびプラズマスクリーンの内側周辺を通って上方に延びる基板支持体のＳｉまたはＳｉＣの表面によって閉じ込められることができる。ＳｉまたはＳｉＣの表面は、プラズマとチャンバのアルミニウム表面との間に配置されるため、プラズマによるＡｌ表面のスパッタリングは最小化され、処理されたウエハのＡｌでの汚染は、処理されたウエハに対して見えるＡｌ表面を有するチャンバと比較して低減される。
【００２３】
ライナが、電気的におよび／または熱的に伝導性のエラストマ接合材料によって、アルミニウムバッキングプレートに接合されたＳｉまたはＳｉＣタイルを備える実施形態において、タイルは、プラズマチャンバの内壁の全周辺を覆うように、共にはめられるために寸法付けられおよび／または構成されることができる。チャンバ壁は、円筒状、多角形などの任意の所望の構成であることができる。適切なアクセス開口は、チャンバ内へおよびチャンバ外への個別のウエハ通路を可能にし、様々な測定がプロセス監視装置などの従来の付属装置によってなされることを可能にするために、追加の開口を設けることができる。タイルは、チャンバの内部に向く平坦な矩形表面を有することができる。その代わりに、タイルの露出された表面は、タイルがチャンバの円筒状内壁を形成するように、曲げ可能なことができる。
【００２４】
タイルおよびバッキングプレートアセンブリが、チャンバの内壁の周りに延びるＡｌ内側支持フレームへボルト付けされる実施形態において、プラズマチャンバの開始、動作、および停止の間に生成される熱応力は適合される。プラズマチャンバ内で受ける熱的な力のために生成される部品および／または接合応力に所望の制限を達成するために、ＳｉＣタイルの数を選択することができる。
【００２５】
内側支持フレームの下側フランジが、Ａｌ外側支持フレームの下側端部にボルト付けされ、外側支持フレームの上部フランジが、チャンバの上部に配置される上部プレートにボルト付けされる実施形態において、外側支持体は、外側支持フレームの下側端部から上部フランジへ延びるスロットによって分離される、垂直方向に延びるプレートに分割される。ＳｉＣタイル張り表面の温度制御を提供するために、内側支持フレームの上部フランジの上に配置されるヒータは、内側フレームにボルト付けされることができる。そのような構成で、ヒータは、内側支持フレームからバッキングプレートおよびＳｉＣタイルへ熱的に伝達される熱を生成することができる。ヒータは、チャンバの内壁の周囲全体に延びる単一の抵抗ヒータを備えることができる。その代わりに、ヒータは、ライナの所望の温度制御を達成する、例えば、酸化シリコンなどの誘電体材料のプラズマエッチング中の８０℃〜１６０℃の範囲などの所望の温度に、ライナの内側表面を維持する任意の適切なヒータ構成を備えることができる。
【００２６】
チャンバは、基板支持体を囲むプラズマスクリーンを含むことができる。その環状スクリーンは、任意の適切な技術によってキャリアリングに取り付けられることができる。例えば、スクリーンは、前述したエラストマ接合材料によって、キャリアリングに接着接合されることができる。さらに、キャリアリングは、スクリーンが、キャリアリングとフランジとの間にクランプされるように、内側フレーム上の下側フランジにボルト付けされることができる。スクリーンは、半導体製造にためのプラズマ環境に耐える任意の適切な材料からなることができる。炭化シリコンは、スクリーンのための好ましい材料である。スクリーンは、単一の一体のリング、または複数の離間されたリングセグメントからなることができる。例えば、スクリーンは、円周状に離間されたセグメントを含むことができる。
【００２７】
ウエハが、移送スロットを通してチャンバ内へおよびチャンバから移される実施形態において、内側および外側フレームは、切り抜きを含み、スロットを囲むタイルは、より小さいタイルがスロットの下にあり、より大きなタイルがスロットの上にあるように構成される。スロットの内部は、ウエハ通路インサートによって形成されることができる。インサートに好ましい材料は、炭化シリコンである。インサートは、材料の単一の部片、または材料の複数の部片のアセンブリからなることができる。中間の高さのタイルおよび短いタイルは、好ましくは、同様にサイズ付けされたバッキングプレートに、エラストマによって接着接合され、バッキングプレートは、次に内側フレームにボルト付けされる。
【００２８】
ＳｉＣタイルを有する表面を覆うことによって、アルミニウム構成部品の見える表面が発生しない本発明の実施形態によれば、タイルの端部は、好ましくは互いに重なり合うように構成される。例えば、タイルは、１つのタイルの突出部が隣接するタイルのリセスに受け入れられる端部にかみ合うことができる。この作用は、直線経路が、タイルの反対側の表面間に設けられていない任意の端部構成により得られることができる。したがって、Ｖ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、溝字形、ノッチ字形、オフセット字形などのタイプ端部などの、かみ合う湾曲したまたは多数の側面が設けられた表面は、所望されかみ合うタイル端部を提供することができる。
【００２９】
組み合うタイルジョイントは、アルミニウム構成部品に対して見えることをなくし、プラズマリアクタの開始、動作、および／または停止中のライナ構成部品の熱膨張／収縮差に適応する。例えば、ヒータからの熱、および／またはタイル上に堆積されるプラズマイオン熱エネルギは、内側フレームによって、エラストマ接合を介して外側フレーム上にチャンバ上部プレートへ、熱的に伝導される。冷却チャネルを介する上部プレートの水冷のため、外側フレームを通して移される熱は、チャンバから除去される。
【００３０】
半導体基板の処理の間、タイルは、プラズマがチャンバで生成される前、ヒータによって予備加熱されることができる。例えば、タイルは、ヒータによって所望される温度に加熱されることができ、熱制御システムは、所望される温度にタイルを維持するために、ヒータ電力を調整するために使用されることができる。プラズマがチャンバで生成された後、制御システムは、所望される時間温度を維持するためにヒータ電力を自動的に低減することができる。さらに、内側および／または外側フレームの熱的インピーダンスは、所望されるタイルの動作温度の範囲を達成するために、およびヒータ最大温度を制限するために、調整されることができる。
【００３１】
図７は、半導体ウエハのバッチのプラズマエッチング中、内側支持ヒータフランジ、内側支持下側フランジ、およびタイルバッキングプレートの測定された温度を示す。２℃の温度の周期的変化は、エッチングサイクル中のプラズマイオンエネルギの変動から生じる。下側フランジについての温度設定ポイントは、１００℃である。
【００３２】
シリコンウエハのプラズマエッチングなどの半導体基板の処理中、エッチング処理中に生成されるガス状の副生成物からのポリマ堆積を最小化するために、約８０℃から約１６０℃、好ましくは１１０℃から１５０℃の温度に、プラズマに露出されるチャンバ表面を維持することが望ましい。さらに、これらの表面のそのような温度制御は、個別ウエハのシーケンシャル処理中の処理ドリフトの低減を提供する。図１〜７に示される構成の好ましい実施形態によれば、チャンバ内のプラズマ衝突の前、抵抗ヒータが熱伝導によってセラミックライナを加熱し、すなわちヒータからの熱は、弾力Ａｌフレームを通してセラミックライナへ通過する。そのような構成において、ヒータおよびヒータと接触するＡｌフレームの部分は、セラミックライナを約１５０℃に加熱するために、約３００℃に加熱することができる。内側および外側フレームを構成する弾力Ａｌフレームは、ヒータと接触するＡｌフレームの部分が、セラミックライナと接触するＡｌフレームの部分に対して膨張できるようにし、したがって、Ａｌフレームの中間部分への任意の曲げ応力に適応する。
【００３３】
高純度および／または高い熱伝導性のＳｉＣ構成部品を提供するために、そのような構成部品をＣＶＤ  ＳｉＣから製作することができる。ＣＶＤ  ＳｉＣは、基板が機械加工などにより取り外された後、グラファイトなどの基板上に堆積され、所望の厚みに成長されることができる。例えば、円筒状ライナの場合、ＣＶＤ  ＳｉＣは、グラファイトシリンダ上に所望の厚みに堆積されることができ、グラファイトシリンダは、その後ＣＶＤ  ＳｉＣシリンダライナを残して機械加工される。ＣＶＤ  ＳｉＣの利点は、高い熱伝導率（例えば、ＣＶＤ  ＳｉＣは、焼結されたＳｉＣの約２倍の熱導電率を有する）、および要求に合わせた電気抵抗率（例えば、ＳｉＣの抵抗率は、電気的な導電状態から半導体状態まで変化させることができる）を含む。リアクタ構成部品に対してＣＶＤ  ＳｉＣを使用する利点は、リアクタ内側の構成部品の表面を横切る、非常に均一な温度分布を得ることが可能なことである。構成部品の露出された表面上にビルドアップするポリマを最小化するために、構成部品が十分に高い温度に維持される処理の場合には、ＣＶＤ  ＳｉＣの使用は、温度制御の設定ポイント、および粒子生成を最小化することから非常に有利である。
【００３４】
前述の部分は、本発明の原理、好ましい実施形態、および動作モードを記載した。しかしながら、本発明は、議論された特定の実施形態に限定されるものとして制限されるべきではない。したがって、上述された実施形態は、限定としてよりも例示としてみなされ、添付の請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって実施形態に変形を行うことができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  弾力フレーム上に支持されたタイル張りライナが、基板支持体を囲む、本発明の第１の実施形態によるプラズマ反応チャンバを示す図である。
【図２】  ライナを含む様々な構成部品が無い、図１のプラズマ反応チャンバを示す図である。
【図３】  セラミックライナが、バッキングプレート上に装着された一連のタイルを備える本発明の実施形態を示す図である。
【図４】  図３のプラズマ反応チャンバの斜視図を示す図である。
【図５】  図３のプラズマ反応チャンバ内のウエハ導入スロットの詳細を示す図である。
【図６】  図３のタイルの端部が、どのように組み合わせ構成で互いにはめ込まれるかを示す図である。
【図７】  ２００個のウエハランの実施における、図３に示される構成のヒータフランジ、タイル、および下部フランジの温度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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