(57)【要約】  プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体が提供される。シャワーヘッド電極組立体は第２の部材に取り付けられる第１の部材を含む。第１及び第２の部材は、流体連通する第１及び第２のガス流路を有する。処理ガスがガス流路を通って流れる場合、第１及び第２のガス流路に沿って全圧の低下が発生する。第２のガス流路に沿った全圧の低下の割合は、第１のガス流路に沿った全圧の低下の割合よりも大きい。【選択図】  なし
2010514160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、
複数の第１のガス流路を備える電極であってプラズマに露出される表面を有する前記電極と、
前記電極に取り付けられ、前記第１のガス流路と流体連通している複数の第２のガス流路を有する裏当て部材と、
前記裏当て部材に形成され、前記第２のガス流路と流体連通している、一つ以上の第１のプレナムとを備え、
処理ガスが前記第１及び第２のガス流路を通って流れ、全圧の低下が前記第１及び第２のガス流路に沿って発生する場合、前記第２のガス流路に沿った前記全圧の低下の割合は、前記第１のガス流路に沿った前記全圧の低下の割合よりも大きいことを特徴とするシャワーヘッド電極組立体。
【請求項２】
二つ以上の前記第１のガス流路が一つの第２のガス流路と流体連通し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組立体。
【請求項３】
前記二つの第１のガス流路と前記一つの第２のガス流路とが、電極および裏当て部材の各々の中心に対して異なる半径方向の位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項４】
前記二つの第１のガス流路と一つの第２のガス流路とが、電極および裏当て部材の各々の中心に対して実質的に同一の半径方向の位置に、異なる角度位置で配置されることを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項５】
前記電極が、シリコン、グラファイト、又はシリコンカーバイドから構成され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組立体。
【請求項６】
前記裏当て部材が、アルミニウム、グラファイト、又はシリコンカーバイドから構成され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組立体。
【請求項７】
前記一つ以上の第１のプレナムは、前記電極に面する前記裏当て部材の表面上に形成され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組立体。
【請求項８】
前記電極の向こう側に面している裏当て部材の表面上に一つ以上の第２のプレナムを更に備え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組立体。
【請求項９】
前記第１及び第２のプレナムは、半径方向に間隔を空けた環状流路であることを特徴とする請求項８に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１０】
前記第１及び第２のプレナムは、連続している又はセグメント化されていることを特徴とする請求項８に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１１】
プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、
プラズマに露出される表面を有するシリコン電極であって、複数の軸方向に延びる第１のガス流路を有する前記電極と、
前記電極に取り付けられ、前記第１のガス流路と流体連通している複数の軸方向に延びる第２のガス流路を有する金属製の裏当て部材と、
前記金属製の裏当て部材に形成され、前記第２のガス流路と流体連通している、一つ以上の第１のプレナムとを備え、
処理ガスが前記第１及び第２のガス流路を通って流れ、全圧の低下が前記第１及び第２のガス流路に沿って発生する場合、前記第２のガス流路に沿った前記全圧の低下の割合は、前記第１のガス流路に沿った前記全圧の低下の割合よりも大きいことを特徴とするシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１２】
前記金属製の裏当て部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されることを特徴とする請求項１１に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１３】
前記第１のプレナムを特徴付ける前記金属製の裏当て部材の表面が、陽極酸化アルミニウム、セラミック、又は高分子材料で覆われていることを特徴とする請求項１１に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１４】
前記シリコン電極の向こう側に面している前記金属製の裏当て部材の表面に形成される一つ以上の第２のプレナムを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１５】
前記金属製の裏当て部材に取り付けられる熱制御板を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１６】
前記第１及び第２のプレナムは、連続している又はセグメント化されていることを特徴とする請求項１４に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１７】
前記熱制御板に形成される一つ以上の第３のプレナム更に備え、
各第３のプレナムは、一つ以上の第２のガス流路と流体連通していることを特徴とする請求項１６に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項１８】
プラズマ処理装置において半導体基板を処理する方法であって、前記方法は、
プラズマ処理装置の処理チャンバ内の基板支持部上に基板を配置する工程と、
処理ガスを、請求項１１に記載の前記シャワーヘッド電極組立体を有する反応チャンバに導入する工程と、
前記シャワーヘッド電極組立体と前記基板との間に、前記反応チャンバ内の処理ガスからプラズマを生成する工程と
前記基板を前記プラズマで処理する工程と、
を備えることを特徴とする半導体基板を処理する方法。
【請求項１９】
前記処理ガスがフッ素含有ガスであって、前記金属製の裏当て部材がアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されることを特徴とする請求項１８に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項２０】
前記一つ以上の第１のプレナムを特徴付ける前記電極に面する前記裏当て部材の表面が被覆されており、
前記被覆はアルミニウムフッ化物形成を低減するのに適していることを特徴とする請求項１９に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項２１】
前記シリコン電極の向こう側に面している前記裏当て部材の表面に形成される一つ以上の第２のプレナムを更に備え、
各第２のプレナムは、一つ以上の第２のガス流路と流体連通していることを特徴とする請求項２０に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項２２】
プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、
第１の部分と、前記第１の部分よりも幅の広い第２の部分とを持つ複数の第１のガス流路を有する第１の部材であって、前記第１の部材はプラズマに露出される表面を有し、前記第２の部分は、前記プラズマに露出される表面に隣接している、前記第１の部材の背面に取り付けられる第２の部材であって、前記第１のガス流路と流体連通している複数の第２のガス流路を有する第２の部材と、
処理ガスが前記第１及び第２のガス流路を通って流れ、全圧の低下が前記第１のガス流路の前記第１及び第２の部分に沿って発生する場合、前記第２の部分に沿った前記全圧の低下の割合は、前記第１の部分に沿った前記全圧の低下の割合よりも大きいことを特徴とするシャワーヘッド電極組立体。
【請求項２３】
前記第１の部材がシリコン電極であることを特徴とする請求項２２に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【請求項２４】
前記第２の部材が金属製の裏当て部材であることを特徴とする請求項２３に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プラズマ処理装置は、エッチング、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、イオン注入、及びレジスト剥離を含む技術によって基板を処理するために使用される。プラズマ処理に使用されるプラズマ処理装置の一つの種類は、上部電極と下部電極とを収納した反応チャンバを含む。電極間には、反応チャンバ内で基板を処理するために処理ガスをプラズマ状態に励起する電界が確立される。
【発明の概要】
【０００２】
プラズマ処理装置のためのシャワーヘッド電極組立体が提供される。ある好ましい実施形態によると、シャワーヘッド電極組立体は、複数の第１のガス流路とプラズマに露出される表面とを有する電極を備える。裏当て部材は、該電極に取り付けられ、第１のガス流路と流体連通している複数の第２のガス流路を有する。一つ以上の第１のプレナムが、裏当て部材に、第２のガス流路と流体連結して形成されている。処理ガスが第１及び第２のガス流路を通って流れる場合、第１及び第２のガス流路に沿って全圧の低下が発生する。第２のガス流路に沿った全圧の低下の割合は、第１のガス流路に沿った全圧の低下の割合よりも大きい。
【０００３】
プラズマ処理装置のためのシャワーヘッド電極組立体の他の好ましい実施形態は、プラズマに露出される表面と複数の軸方向に伸張している第１のガス流路とを持つシリコン電極を含む。金属製裏当て部材は、該電極に取り付けられ、第１のガス流路と流体連結している、複数の軸方向に伸張している第２のガス流路を有する。一つ以上の第１のプレナムが、金属製裏当て部材に、第２のガス流路と流体連結して形成されている。処理ガスが第１及び第２のガス流路を通って流れる場合、第１及び第２のガス流路に沿って全圧の低下が発生する。第２のガス流路に沿った全圧の低下の割合は、第１のガス流路に沿った全圧の低下の割合よりも大きい。
【０００４】
プラズマ処理装置のためのシャワーヘッド電極組立体の他の好ましい実施形態は、第１の部分と、該第１の部分よりも幅の広い第２の部分とを持つ複数の第１のガス流路を有する第１の部材を含む。第１の部材はプラズマに露出される表面を持ち、第２の部分はプラズマに露出される表面に隣接している。第２の部材は、第１の部材の背面に取り付けられ、該第２の部材は、第１のガス流路と流体連結している複数の第２のガス流路を有する。処理ガスが第１及び第２のガス流路を通って流れる場合、第１及び第２の部分に沿って全圧の低下が発生する。第２の部分に沿った全圧の低下の割合は、第１の部分に沿った全圧の低下の割合よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体及び基板支持部の実施形態の一部を示す図である。
【図２Ａ】熱制御板と、裏当て部材のガス流路と、上部電極とを描写した、図１に示されるシャワーヘッド電極組立体の一部の拡大図である。
【図２Ｂ】プラズマ露出により腐食したガス流路を伴う、図２Ａの上部電極の構造を示す図である。
【図３】プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体及び基板支持部のさらなる実施形態の一部を説明する図である。
【図４Ａ】熱制御板と、裏当て部材のガス流路と、上部電極と、裏当て部材と上部電極との間のプレナムと、を描写した、図３に示されるシャワーヘッド電極組立体の一部の拡大図である。
【図４Ｂ】裏当て部材のガス流路と、上部電極と、裏当て部材と上部電極との間のプレナムと、を描写した、図４Ａに示されるシャワーヘッド電極組立体の一部の平面図である。
【図５Ａ】熱制御板と、裏当て部材のガス流路と、上部電極と、裏当て部材と上部電極との間及び熱制御板と裏当て部材との間のプレナムと、を含むシャワーヘッド電極組立体のさらなる実施形態を説明する図である。
【図５Ｂ】裏当て部材のガス流路と、上部電極と、裏当て部材と上部電極との間及び熱制御板と裏当て部材との間のプレナムと、を描写した、図５Ａのシャワーヘッド電極組立体の平面図である。
【図６】上部電極のガス流路（破線）に関して、裏当て部材のガス流路とプレナム（実線）との配置を説明する、図４Ａに示されるシャワーヘッド電極組立体の実施形態の上面図である。
【図７】上部電極（実線）と、裏当て部材のガス流路及びプレナム（破線）を示す、図６のシャワーヘッド電極組立体の実施形態の一部の三次元の斜視図である。
【図８】熱制御板と、裏当て部材のガス流路と、上部電極と、異なる断面積を持つ部分を有する上部電極のガス流路と、を描写する、シャワーヘッド電極組立体のさらなる実施形態の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
プラズマエッチング又は成膜装置の操作の間、通常、反応物の一定の質量流量（すなわち、処理ガス）が、ウェーハ表面上で好適なエッチング又は成膜速度を達成するために、処理チャンバに供給される（例えば、ウェーハ表面上でエッチング又は成膜される薄膜で分速数ミクロン）。処理チャンバへのガス供給システムからのガスのスループットの局所的変化は、ウェーハ表面に沿って非一様なエッチングに帰結する。従って、プラズマ処理の間、処理チャンバに実質的に一定のガスのスループットを導入できるガス供給システムが、均一なエッチングや成膜を維持するのに有利になり得る。
【０００７】
プラズマエッチング条件は、プラズマに露出される処理チャンバの表面の著しいイオン衝撃を作り出す。このイオン衝撃は、プラズマ化学及び／又はエッチング副生成物と組み合わさって、処理チャンバのプラズマに露出された表面の、著しい物理的な腐食、化学的な腐食、及び物理化学的な腐食を生み出しうる。結果として、表面材料は、物理的な腐食、化学的な腐食、及び／又は物理化学的な腐食を含む、物理的及び／又は化学的な攻撃により取り除かれる。この攻撃は、短い部品寿命、増加する部品コスト、粒子汚染、ウェーハ上の遷移金属汚染、及び処理ドリフトを含む問題を引き起こす。
【０００８】
比較的短い寿命の部品は一般に消耗品、例えば、シリコン電極、と称される。もし消耗部品の寿命が短ければ、所有コストは高くなる。消耗品や他の部品の腐食はプラズマ処理チャンバ内で粒子汚染を発生させる。誘電体エッチツールで使用されるシリコン電極組立体は、多くのRF時間（高周波電源がプラズマを発生させるのに使用される数時間の間）後に劣化する。こうした使用済シリコン電極組立体は、その電極組立体を使用することにより、多くのRF時間後に、エッチ速度の低下とエッチ均一性ドリフトを示す。
【０００９】
シャワーヘッド電極のような、シリコン電極組立体がプラズマ環境に露出される場合、ガス供給流路の物理的な腐食、化学的な腐食、及び／又は物理化学的な腐食が生じる。物理的な腐食は典型的にはガス供給流路のエッジで起こり、流路の拡大をもたらす。結果として、ガス供給流路の全てに対する全処理ガスのスループットが増加する。加えて、ガス流路の拡大は、混合比及び／又は処理ガスの速度のドリフトも引き起こす。エッチング速度又は成膜速度は、理想的には、処理ガスの反応物の特有の質量を必要とするので、処理ガスのスループット（すなわち、体積ガス流速）の変化が、エッチング速度又は成膜速度を局所的に変え得る。結果として、ガス供給流路の物理的な腐食はウェーハに沿って非一様なエッチングをもたらす。
【００１０】
図１は、半導体基板、例えば、シリコンウェーハ、が処理されるプラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体１０の実施形態を説明する。シャワーヘッド電極組立体は、例えば、同一出願人による米国出願公開２００５／０１３３１６０号でも説明されており、引用することによってその全体をここに援用する。シャワーヘッド電極組立体１０は、上部電極１２と、プラズマに露出される底面１３及び裏当て部材１４上に設けられる熱制御板１６を有する上部電極１２に固定された裏当て部材１４と、を含むシャワーヘッド電極を備える。下部電極及び任意の静電クランプ電極を含む基板支持部１８（図１にはその一部のみ示されている）はプラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバ内の上部電極１２の下に配置される。プラズマ処理にさらされる基板２０は、基板支持部１８の上部支持表面２２に機械的に又は静電的にクランプされる。
【００１１】
上部電極１２は、電気的に接地され得、又は、代わりに高周波（ＲＦ）電源等によって電力が供給され得る。ある実施形態では、上部電極１２は接地され、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生させるために、一つ、二つ以上の周波数で電力が下部電極に印加される。例えば、下部電極は二つの独立して制御された高周波電源によって２ＭＨｚと２７ＭＨｚの周波数で電力供給され得る。基板２０が処理された後、プラズマの発生を終了させるために下部電極への電力供給が切られる。
【００１２】
図１に示された実施形態では、シャワーヘッド電極の上部電極１２は、内部電極部材２４と、任意の外部電極部材２６と、を含む。内部電極部材２４は、典型的には円筒形状板（例えば、単結晶シリコンや、シリコンカーバイドから構成される板）である。内部電極部材２４は、処理されるウェーハより小さくても、等しくても、より大きくてもよく、例えば、もし板が単結晶シリコンで作られているなら、１２インチ（３００ｍｍ）までの直径を有し得る。好適な実施形態では、シャワーヘッド電極組立体１０は、直径３００ｍｍ以上を有する半導体ウェーハのような大きな基板を処理するために十分な大きさである。３００ｍｍのウェーハに対しては、上部電極１２は、少なくとも直径３００ｍｍである。しかし、シャワーヘッド電極組立体１０は、異なるサイズのウェーハ又は非円形形状を有する基板を処理するためにその大きさが調整され得る。
【００１３】
説明された実施形態では、内部電極部材２４は、基板２０よりも幅が広い。３００ｍｍのウェーハを処理するためには、例えば、約１５インチから約１７インチまで上部電極１２の直径を拡大するために、外部電極部材２６が提供される。外部電極部材２６は、一つの連続的な部材（例えば、一つの連続的な多結晶シリコンリング）、又はセグメント化された部材（例えば、単結晶シリコンで構成された多数のセグメントのような、リング状に配置された２〜６個の分割セグメントを含む）であり得る。多数のセグメントの外部電極部材２６を含む上部電極１２の実施形態では、セグメントは、好ましくは、下にある結合材料がプラズマに露出されることから保護するためのお互い重複するエッジを持つ。内部電極部材２４は、好ましくは、上部電極１２と基板支持部１８との間に配置された、プラズマ反応チャンバ内の領域に処理ガスを注入するために、裏当て部材１４に形成された多数のガス流路３０まで延びかつ対応する、多数のガス流路２８を含む。熱制御板１６は、処理ガスを、それぞれ内部電極部材２４と裏当て部材１４とのガス流路２８及び３０に分配するための多数のプレナム３１を含む。
【００１４】
単結晶シリコンは内部電極部材２４と外部電極部材２６とに好適な材料である。高純度の単結晶シリコンは、プラズマ処理の間の基板の汚染を最小化し、又、プラズマ処理の間円滑な使用にも耐えるので、それによって粒子の発生を最小化する。内部電極部材２４と外部電極部材２６とを含む上部電極１２のプラズマ露出表面１３に使用され得る代替材料は、例えば、ＳｉＣ、ＡｌＮである。
【００１５】
図１に示される実施形態では、裏当て部材１４は、裏当て板３２と、裏当て板３２の周囲に延びる裏当てリング３４とを含む。この実施形態では、内部電極部材２４は裏当て板３２と共に延びるものであり、外部電極部材２６は、周囲を囲う裏当てリング３４と共に延びるものである。しかしながら、他の実施形態では、裏当て板３２は一体成形の裏当て部材は、内部電極部材２４と外部電極部材２６とを支持するために使用され得る内部電極部材２４を越えて延び得る。内部電極部材２４と、外部電極部材２６とは、好ましくは結合材料によって裏当て部材１４に取り付けられる。
【００１６】
裏当て板３２及び裏当てリング３４は、好ましくは半導体基板を処理するために使用される処理ガスと化学的に適合可能であり、導電性及び熱伝導性のある材料で作られる。裏当て部材１４を作るために使用され得る典型的な適合材料は、グラファイト、アルミニウム、アルミニウム合金、及びＳｉＣを含む。
【００１７】
上部電極１２は、熱応力を受容し、上部電極１２と裏当て板３２と裏当てリング３４との間で熱と電気エネルギーとを伝達する熱伝導性及び導電性のあるエラストマー結合材料のような適合材料により裏当て板３２と、任意の裏当てリング３４とに取り付けられ得る。電極組立体の表面を結合させるためのエラストマーの使用は、例えば同一出願人の米国特許第６０７３５７７号に開示されており、引用することによってその内容全体をここに援用する。
【００１８】
シャワーヘッド電極組立体１０に対して、処理ガスは、上部電極１２と基板支持部１８との間に配置されるプラズマ処理チャンバ内の領域に注入される前に、上部電極１２と裏当て部材１４とのそれぞれの中のガス流路２８及び３０を通って熱制御板１６に形成されるプレナム３１から流れる。処理ガスは、入口圧力（PINLET）で裏当て部材１４の上面１５において、裏当て部材１４内に配置されるガス流路３０に入り、出口圧力（POUTLET）でプラズマ露出表面１３において、内部電極部材２４内に配置される流路２８から出る。入口圧力と出口圧力との差が、ガス流路２８及び３０に沿った全圧の低下（すなわち、ΔPTOTAL = PINLET - POUTLET）である。
【００１９】
伝導率Ｃは、ガス流路２８及び３０を通してガスを伝達する能力である。ガス流路の伝導率は、ガス流路のサイズ及び形状によって決定される。例えば、円筒形ガス流路の伝導率は、直径の増加と共に増加する。同様に、与えられたガス流路の直径に対して、ガス流路の伝導率は、流路の長さが増加するにつれて減少する。ガス流路２８及び３０の全体の伝導率、CTOTALは、上部電極１２内のガス流路２８（CE）全体の伝導率と、裏当て部材１４内のガス流路３０（CB）全体の伝導率と、の合計として近似され得る（すなわち、CTOTAL = CE + CB）。
【００２０】
ガス流路２８及び３０に対しての全体のガスのスループット、Qはガス流路２８及び３０の全伝導率と、全圧の低下との積によって決定される（すなわち、Q = CTOTALΔPTOTAL = (CE + CB)ΔPTOTAL）。しかしながら、内部電極部材２４はプラズマ露出表面１３を有するため、ガス流路２８は、物理的な腐食、各ガス流路２８の形状変形、全伝導率又はガス流路２８のCEの上昇にさらされる。ガス流路２８が物理的に腐食される場合、全圧の低下（ΔPTOTAL）及びガス流路３０の伝導率（CB）は実質的に一定のままである。しかしながら、ガス流路２８の物理的な腐食による伝導率CEのどのような増加も全体のガスのスループットに影響する（すなわち、増加する）。
【００２１】
図２Ａ及び２Ｂは、上部電極のある電極内でのガス流路の物理的な腐食の発生を描写している。図２Ａは、図１に示される軸方向のガス流路２８及び３０と流体連結しているプレナム３１を含む、熱制御板１６の一部の拡大図である。図２Ａでは、裏当て部材１４内の各ガス流路３０は内部電極内のガス流路２８に対応する。言い換えれば、ガス流路３０と２８との間には一対一の対応がある。処理ガスは、反応チャンバに供給するためにガス流路２８及び３０を通って流れるにつれて、ガス流路２８、３０に沿って全圧の低下がある。図２Ａに示される実施形態に対して、コンピュータシミュレーションは、全圧低下（ΔPTOTAL）の約２０％は裏当て部材１４に配置されるガス流路３０に沿って起こり、全圧低下の残りの部分（全圧低下の約８０％）はガス流路２８に沿って起こること実証している。ガス流路２８は、プラズマ露出表面１３でプラズマ腐食にさらされる内部電極部材２４に配置される。
【００２２】
図２Ｂに示されるように、内部電極部材２４のプラズマ環境への長期の露出は、プラズマ露出表面１３でのガス流路２８のエッジの（楕円形破線で示される）物理的な腐食をもたらす。軸方向円筒形ガス流路２８の物理的な腐食は、プラズマに最も近い領域でガス流路２８の拡大をもたらす。ガス流路２８のこの形状の変化は、その伝導率、CE、を増加させ、それ故ガス流路２８を通った全体のガスのスループットを変化させる。更にその上、大きな割合の全圧の低下がガス流路２８に沿って起こるため、ガス流路２８の物理的な腐食による伝導率CEのどのような変化も、ガス流路２８及び３０の全体のガスのスループットに比較的より大きな影響を与える。例えば、ΔPE = 0.8ΔPTOTAL及びΔPB = 0.2ΔPTOTALと仮定すると、全体のガスのスループットQ = 0.80(CEΔPTOTAL)+ 0.20(CBΔPTOTAL)である。従って、全体のスループットQ へのCEΔPTOTALの項の、より大きな寄与のために、プラズマ物理的腐食によるガス流路２８の伝導率、CE、のどのような変化も、ガスのスループットQを変える際にCBΔPTOTALの項よりも大きな影響を与える。結果として、内部電極部材２４は定期的に交換されなければならない。
【００２３】
ガス流路２８の物理的な腐食の後でさえ、ガス流路２８及び３０を通って実質的に一定のガスのスループットQを維持するための一つの解決策は、効果的にガス流路２８のCEΔPTOTALの項の、全体のスループットQの寄与を最小化するために、これらのガス流路を修正することであり、その結果、ガス流路２８がプラズマ露出により腐食するにつれて、Qに関するCEの変化の影響が減少することがわかっている。ある実施形態では、電極組立体のガス流れの性能が、ΔPTOTALの分布のシフトによって修正され、その結果より小さな割合での全圧の低下ΔPTOTALが、ガス流路２８の物理的に腐食された領域に沿って起こる。例えば、裏当て部材１４及び上部電極１２内のガス流路は修正され得、その結果、上部電極１２内に配置されるガス流路２８に沿って、より小さな割合での全圧の低下ΔPTOTALが起こる。言い換えると、全体のスループット、Q、へのCEΔPTOTALの項の寄与は、ガス流路２８に沿った全圧低下の割合を下げることによって減少され得る。
【００２４】
このガス流路２８の物理的に腐食した領域に沿った全圧の低下ΔPTOTALの割合の減少は、一つ以上の以下の構造的な修正、ガス流路２８及び３０の全体の数の変化、ガス流路２８及び／又は３０の形状及び／又は寸法の変化、各ガス流路３０と連結するガス流路２８の比率の変化、又は、裏当て部材１４と上部電極１２との間に適合する形状の一つ以上のプレナムの追加、によって達成され得る。これらの構造的特徴は、個々に、又は組み合わせて、ガス流路２８及び３０を通ってガスが流れる間、ガス流路２８に沿った好適な全圧低下ΔPTOTALの割合を達成するために最適化され得る。
【００２５】
図３は、ガス分配流路２８及び３０の特徴の修正を含む、プラズマ処理装置のためのシャワーヘッド電極組立体１０のある実施形態を説明する。この実施形態に対しては、裏当て部材１４内の各軸方向のガス流路３０は、裏当て部材１４の表面に形成される各プレナム３６と流体連結している各ガス流路３０を持つ上部電極１２内（例えば、内部電極部材２４）の二つのガス流路２８につながっている。
【００２６】
別の実施形態では、裏当て部材１４内の各ガス流路３０は、三つ又は四つのガス流路のような、内部電極１２内の二つ以上のガス流路２８につながり得る。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂは、図３に示されるシャワーヘッド電極組立体の一部を説明するものであり、裏当て部材１４内にプレナム３６を有するガス流路２８及び３０と流体連結しているプレナム３１を含む、熱制御板１６を描写している。言い換えると、ガス流路２８とガス流路３０との間には二対一の対応がある。裏当て部材１４内のプレナム３６は、ガス流路３０からガス流路２８まで均一にガスを分布させる働きをする。本実施形態では、例えば、裏当て部材１４はアルミニウムで、上部電極１２はシリコンで構成され得る。
【００２８】
図４Ｂは、裏当て部材１４及び上部電極１２が円形であり、上部電極１２に面する裏当て部材１４の表面に形成されるプレナム３６が、半径方向に間隔の空いた環状流路である図４Ａに示されるシャワーヘッド電極組立体の一部の実施形態の上面図である。（単純化のため熱制御板１６は図示せず）。プレナム３６は、連続的でも、セグメント化されても良い。例えば、本実施形態では、ガス流路２８及び３０の直径は、０．００１インチ〜０．０１０インチの範囲であり得る。プレナム３６の深さは０．０１インチ〜０．０３インチの範囲であり得る。
【００２９】
図４Ａ及び４Ｂに示される実施形態に対しては、全圧低下の約７８％は、裏当て部材１４に配置されるガス流路３０に沿って起こり、全圧低下の残りの部分（全圧低下の約２２％）はガス流路２８に沿って起こることが、コンピュータシミュレーションにより実証されている。このことは、図２Ａに示される実施形態での全圧低下へのガス流路２８及び３０の寄与とは実質的に逆である。従って、図４Ａ及び４Ｂに示される実施形態では、はるかに小さな割合での全圧低下（全圧低下の約２２％）がガス流路２８に沿って起こるため、ガス流路２８の物理的な腐食による伝導率ＣＥのどのような変化も、ガス流路２８及び３０の全体のガスのスループットQに、より小さな影響しか与えない（すなわち、Q = 0.22(CEΔPTOTAL)+0.78(CBΔPTOTAL)）。結果として、全体のガスのスループットQに対するCEΔPTOTALの寄与の減少のため、（図２Ｂに示されるような）プラズマ物理的な腐食によるガス流路２８の伝導率、CE、のどのような変化も、図２Ａに示される実施形態でのガス流路２８の物理的な腐食と比較すると、スループットQの変化に対して、より小さな影響しか与えない。例えば、CBΔPTOTALとCEΔPTOTALとの比率は、約３：１から５：１の範囲であり得る。一貫したガスのスループットを生み出す結果、ガス流路２８は物理的な腐食を経験するかもしれないが、図４Ａ及び４Ｂに示されるシリコン上部電極１２は、潜在的に、より長い寿命をもたらし得る。
【００３０】
図５Ａ及び５Ａは、追加のプレナム３８が、プレナム３１と裏当て部材１４との間の、裏当て部材１４の上面１５に形成されているシャワーヘッド電極組立体の別の実施形態を説明する。プレナム３８は、一つ以上のガス流路３０及び熱制御板１６内のプレナム３１と一直線上に並んでいる。示された通り、プレナム３８はプレナム３６よりも幅が小さい。プレナム３８の寸法は、より小さな割合での全圧低下ΔPTOTALがガス流路２８内で起こるように最適化され得る。例えば、プレナム３８は環状流路又は環状溝であり得る。
【００３１】
図５Ｂは、裏当て部材１４及び上部電極１２が円形であり、プレナム３６、３８が、上部電極１２に面しており上部電極１２から見て外方を向いている、裏当て部材１４の反対の表面に形成された、半径方向に間隔の空いた環状流路である、図５Ａに示される実施形態の上面図である（簡単化のため熱制御板１６は図示せず）。プレナム３６、３８は、連続的でも、セグメント化されても良い。
【００３２】
図６は、図４Ａ及び４Ｂの実施形態の上部電極１２の上面図であり、ガス流路３０と、上部電極１２内のガス流路２８に関して、裏当て部材１４（不図示）内の環状プレナム３６との、典型的な配置を説明する。典型的には、上部電極１２は円形板であり、ガス流路２８及び３０は、板の中心軸Ｃから異なる半径方向距離で、板を通って軸方向に延びている。本実施形態では、プレナム３６Ａ／３６Ｂは、図４Ｂに示されるように連続的な環状溝であってもよく、約６０度又は約９０度のように連続して３６０度に拡張されなくてもよい（不図示）。
【００３３】
図６は、ガス流路３０及び２８の異なる位置構成に対する二つの実施形態も説明している。プレナム３６Ａに対応する一つの実施形態では、ガス流路３０及び二つの対応するガス流路２８は、円形上部電極１２の中心Ｃに対して異なる半径方向距離を有する。プレナム３６Ｂに対応するもう一つの実施形態では、ガス流路３０及び二つの対応するガス流路２８は、円形上部電極１２の中心Ｃに対してほぼ同じ半径方向距離を有するが、三つ全てのガス流路は異なる角度位置を有する。
【００３４】
図７は、図６のシャワーヘッド電極組立体の実施形態の一部の三次元の斜視図である。図７は、ガス流路２８、３０、及びプレナム３６Ａ、３６Ｂの配置も説明する（簡単化のため裏当て部材１４は図示せず）。
【００３５】
図４に示される実施形態では、ガス流路２８とガス流路３０との間に二対一対応があり、ガス流路３０は、より少なく形成されることが要求される。更に、ガス流路２８とガス流路３０との間の流体連結は、ガス流路３０及び２８の精密アラインメント無しに達成され得る。その代わり、ガス流路２８は対応する環状プレナム３６との位置合わせだけは必要である。
【００３６】
シャワーヘッド電極組立体の一つの実施形態では、裏当て部材１４は、アルミニウム又はアルミニウム合金のような金属製材料である。金属製部品は一般的に、グラファイト製裏当て部材のような非金属製部品と比較して、より費用効率が高く機械加工しやすい。ある有用性として、金属製材料は極端な操作条件下で改良された安定性をもたらし、グラファイトのような非金属製材料よりも粒子を発生させない。しかしながら、アルミニウム製裏当て部材１４の使用は、ある処理ガスとアルミニウムとの間での相互作用をもたらし得る。
【００３７】
例えば、フッ素含有ガス（例えば、CF4、CHF3）プラズマは、プラズマ処理チャンバで、エッチング誘電体又は有機材料に使用されうる。これらのガスから作られたプラズマは、イオン、電子、及びラジカルのような他の中性種を含む、部分的にイオン化されたフッ素ガスから構成される。しかしながら、低圧、高電力、フッ素含有ガスプラズマ、にさらされる場合、アルミニウム製チャンバのハードウエアは、アルミニウムフッ化物（すなわち、AIFx）の副生成物を作り出し得る。
【００３８】
図４Ａ、４Ｂ、及び５Ａ、５Ｂに示されるシャワーヘッド電極組立体の実施形態は、フッ素含有処理ガスが使用される場合、フッ化物イオン及び／又はラジカルに対してアルミニウム製裏当て部材１４の露出を低減するように構成される。プラズマ処理の間、こうした処理ガス、フッ化物イオン、又はラジカルは、ガス流路２８を通って移動し、アルミニウム製裏当て部材１４と反応しうる。従って、プレナム３６は、図２Ａに示される実施形態と比較して、こうしたイオン又はラジカルが裏当て部材１４と相互作用する可能性を低減しつつ、イオン又はラジカルの拡散距離（すなわち、ガス流路２８の上端から裏当て部材のアルミニウム表面までの距離）を増加させる。言い換えれば、プレナム３６は、プラズマ内のイオン又はラジカルから、露出したアルミニウム表面まで、視線（ライン  オブ  サイト）（直線経路）を減少させる。
【００３９】
別の実施形態では、アルミニウムフッ化物生成は、アルミニウムとフッ化物との間の反応を妨げるためのコーティングを有するプレナム３６を特徴付ける裏当て部材１４の表面をコーティングすることによって最小化され得る。例えば、プレナム３６を特徴付ける裏当て部材１４の表面は、陽極酸化され得、又は、適合するセラミック又は高分子コーティングで覆われ得る。セラミックコーティングの例には、酸化物（例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム）、窒化物、又は炭化物が含まれる。高分子コーティングの例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が含まれる。
【００４０】
図８は、ガス流路２８の物理的な腐食がガス流路２８及び３０の全体のガスのスループットQにほとんど影響を与えない、シャワーヘッド電極組立体のさらなる実施形態を説明する。図８に示されるように、ガス流路２８は、第１の部分４０と、第１の部分３８よりも幅の広い第２の部分４２と、を含む。第２の部分４２はプラズマ露出表面１３に隣接している。ガス流路２８を通って処理ガスが流れるにつれて、より大きな割合の全圧の低下ΔPTOTALが、ガス流路２８の第２の部分４２よりも小さな第１の部分に沿って起こる。従って、ガス流路の出口端地近くでの全圧低下ΔPTOTALの割合の減少は、ガス分配流路２８及び３０を通って流れる全体のスループットQへの物理的な腐食の影響を低減する。
【００４１】
本発明は、特定の実施形態を用いて詳細に説明されているが、発明の意図を逸脱せずに様々な変更、修正及び同等物の使用が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図１】
2010514160.tif 000003
【図２Ａ】
2010514160.tif 000004
【図２Ｂ】
2010514160.tif 000005
【図３】
2010514160.tif 000006
【図４Ａ】
2010514160.tif 000007
【図４Ｂ】
2010514160.tif 000008
【図５Ａ】
2010514160.tif 000009
【図５Ｂ】
2010514160.tif 000010
【図６】
2010514160.tif 000011
【図７】
2010514160.tif 000012
【図８】
2010514160.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
前記熱制御板に形成される一つ以上の第３のプレナムを更に備え、
各第３のプレナムは、一つ以上の第２のガス流路と流体連通していることを特徴とする請求項１５に記載のシャワーヘッド電極組立体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
別の実施形態では、裏当て部材１４内の各ガス流路３０は、三つ又は四つのガス流路のような、上部電極１２内の二つ以上のガス流路２８につながり得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図８は、ガス流路２８の物理的な腐食がガス流路２８及び３０の全体のガスのスループットQにほとんど影響を与えない、シャワーヘッド電極組立体のさらなる実施形態を説明する。図８に示されるように、ガス流路２８は、第１の部分４０と、第１の部分４０よりも幅の広い第２の部分４２と、を含む。第２の部分４２はプラズマ露出表面１３に隣接している。ガス流路２８を通って処理ガスが流れるにつれて、より大きな割合の全圧の低下ΔPTOTALが、ガス流路２８の第２の部分４２よりも小さな第１の部分に沿って起こる。従って、ガス流路の出口端地近くでの全圧低下ΔPTOTALの割合の減少は、ガス分配流路２８及び３０を通って流れる全体のスループットQへの物理的な腐食の影響を低減する。
【国際調査報告】
2010514160.tif 000014
2010514160.tif 000015