(57)【要約】  基板をプラズマ処理する装置が提供される。この装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板支持体と、処理チャンバに結合されたリッドアセンブリとを備える。リッドアセンブリは、電源に結合された伝導性ガス分配器を備える。プラズマの接地経路を調整するため、伝導性ガス分配器とチャンバ本体の間に同調電極を配置することができる。基板支持体に第２の同調電極を結合することができ、基板支持体にはさらにバイアス電極を結合することができる。【選択図】図１
2015536042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理する装置であって、
チャンバ本体を備える処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置された基板支持体と、
電源に結合された伝導性ガス分配器を備えるリッドアセンブリと、
前記チャンバ本体と前記伝導性ガス分配器の間に配置された同調電極と
を備える装置。
【請求項２】
前記同調電極が同調回路に結合された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記同調回路が、電子コントローラに結合された電子センサを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電子センサが電圧または電流センサであり、前記電子コントローラが可変コンデンサである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記同調電極が、アイソレータによって前記伝導性ガス分配器から分離された、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記同調回路が、前記処理チャンバの接地経路である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
半導体基板を処理する装置であって、
チャンバ本体を備える処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置された基板支持体と、
電源に結合された伝導性面板を備えるリッドアセンブリと、
前記チャンバ本体と前記リッドアセンブリの間に配置された側壁電極であり、第１のインピーダンス同調回路に結合された側壁電極と
を備える装置。
【請求項８】
前記基板支持体が、バイアス電極および同調電極を備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記バイアス電極が電源に結合され、前記同調電極が第２のインピーダンス同調回路に結合された、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記バイアス電極がインピーダンス整合回路に結合された、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記側壁電極および前記第１のインピーダンス同調回路が、前記処理チャンバの接地経路を形成した、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のインピーダンス同調回路および前記第２のインピーダンス同調回路がそれぞれ、可変要素に結合された電子センサを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記電子センサが電圧または電流センサであり、前記可変要素が可変コンデンサである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
それぞれのインピーダンス同調回路に結合されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記電子センサから信号を受け取り、前記可変コンデンサを調整する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記側壁電極と前記リッドアセンブリの間の第１のアイソレータ、および前記側壁電極と前記チャンバ本体の間の第２のアイソレータをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された実施形態は、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。詳細には、本明細書に記載された実施形態は、半導体基板用のプラズマ処理チャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
５０年以上にわたって、集積回路上に形成されるトランジスタの数はおよそ２年ごとに２倍になっている。２年で２倍になるこの傾向は、ムーアの法則としても知られているが、今後も続くことが予想されており、半導体チップ上に形成されるデバイスは、現在の２０〜３０ｎｍの限界寸法から、現在設計されている将来の製造プロセスにおける１００オングストローム未満へと縮小する。デバイスのジオメトリが縮小するにつれて製造ジオメトリは増大している。３００ｍｍウエハが２００ｍｍウエハに取って代わったのが数年前であるので、３００ｍｍウエハもまもなく４００ｍｍウエハによって取って代わられるであろう。大面積半導体基板の処理の精巧さは増しているため、論理チップに対するよりいっそう大きな製造ジオメトリも近いうちに達成される可能性がある。
【０００３】
半導体製造にとって処理条件の均一性は常に重要であった。デバイスの限界寸法は低下し続け、製造ジオメトリは増大しているため、不均一であることに対する寛容度もまた低下している。不均一は数多くの原因により生じ、それらの原因は、デバイス特性、機器特徴ならびに製造プロセスの化学的および物理的特性に関係していることがある。半導体製造産業はムーアの法則に沿って発展しているため、非常に均一な処理が可能な製造プロセスおよび製造機器が継続して求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載された実施形態は、半導体基板を処理する装置であって、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板支持体と、電源に結合された伝導性ガス分配器（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｇａｓ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ）を備えるリッドアセンブリとを備える装置を提供する。伝導性ガス分配器と処理チャンバの本体の間に電極が配置される。この電極は、チャンバ内のプラズマ条件を調整する同調電極とすることができ、処理容積の一部分を取り囲む環状部材とすることができる。この電極を同調回路に結合することができ、この同調回路は、可変コンデンサなどの電子コントローラを備えるＬＬＣ回路とすることができ、この電子コントローラを使用して、処理チャンバの接地経路を調整することができる。電極の電気的状態を監視するために電子センサを使用することができ、この電子センサを、プラズマ条件のリアルタイム閉ループ制御のために電子コントローラに結合することができる。
【０００５】
１つまたは２つの電極を基板支持体に結合することもできる。１つの電極はバイアス電極とすることができ、電源に結合することができる。もう１つの電極は第２の同調電極とすることができ、第２の電子センサと第２の電子コントローラとを有する第２の同調回路に結合することができる。
【０００６】
上に挙げた本開示の諸特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示された実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、本発明は均等に有効な別の実施形態を許す可能性があるため、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に基づく処理チャンバの略断面図である。
【図２】他の実施形態に基づく装置２００の略上面図である。
【図３】他の実施形態に基づく処理チャンバの略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照符号を使用した。特段の言及なしに、１つの実施形態に開示された要素を他の実施形態で有利に利用することが企図される。
【０００９】
本明細書に記載された実施形態は、半導体基板を処理する装置を提供する。図１は、一実施形態に基づく処理チャンバ１００の略断面図である。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、チャンバ本体１０２内に配置された基板支持体１０４と、チャンバ本体１０２に結合され、基板支持体１０４を処理容積１２０内に封入するリッドアセンブリ１０６とを具備する。基板は、開口１２６を通して処理容積１２０に入れられ、開口１２６は、従来通り、処理のため、ドアを使用して密閉することができる。
【００１０】
電極１０８を、チャンバ本体１０２に隣接して配置し、リッドアセンブリ１０６の他の構成要素からチャンバ本体１０２を分離することができる。電極１０８はリッドアセンブリ１０６の部分とし、または別個の側壁電極とすることができる。電極１０８は、環状またはリング状の部材とすることができ、リング電極とすることができる。電極１０８は、処理容積１２０を取り囲む処理チャンバ１００の周囲を取り巻く連続したループとすることができ、または、望むならば、選択された位置において途切れていてもよい。電極１０８を、多孔リング、メッシュ電極などの多孔電極とすることもできる。電極１０８をプレート電極、例えば２次ガス分配器とすることもできる。
【００１１】
セラミック、金属酸化物などの誘電体材料とすることができ、この金属酸化物は例えば酸化アルミニウムおよび／または窒化アルミニウムであるアイソレータ１１０が電極１０８に接触し、電極１０８を、ガス分配器１１２およびチャンバ本体１０２から電気的および熱的に分離している。ガス分配器１１２は、処理容積１２０にプロセスガスを入れるための開口１１８を具備する。ガス分配器１１２をＲＦ発生装置などの電源１４２に結合することができる。ＤＣ電力、パルスＤＣ電力およびパルスＲＦ電力を使用することもできる。
【００１２】
ガス分配器１１２は、伝導性ガス分配器または非伝導性ガス分配器とすることができる。ガス分配器１１２が、伝導性構成要素および非伝導性構成要素から構成されていてもよい。例えば、ガス分配器１１２の本体が伝導性で、ガス分配器１１２の面板が非伝導性であってもよい。プラズマ処理チャンバでは、図１および後述する図３の実施形態のようにガス分配器１１２に電力を供給することができ、またはガス分配器１１２を接地することができる。
【００１３】
電極１０８を、処理チャンバ１００の接地経路を制御する同調回路１２８に結合することができる。同調回路１２８は、電子センサ１３０および電子コントローラ１３４を備え、電子コントローラ１３４は可変コンデンサとすることができる。同調回路１２８は、１つまたは複数のインダクタ１３２を備えるＬＬＣ回路とすることができる。同調回路１２８は、処理中の処理容積１２０内に存在するプラズマ条件下で可変インピーダンスまたは制御可能なインピーダンスを具備する任意の回路とすることができる。図１の実施形態では、同調回路１２８が、電子コントローラ１３４と直列の第１のインダクタ１３２Ａおよび電子コントローラ１３４と並列の第２のインダクタ１３２Ｂを具備する。電子センサ１３０は電圧または電流センサとすることができ、電子コントローラ１３４に結合して、処理容積１２０内のプラズマ条件のある程度の閉ループ制御を提供することができる。
【００１４】
基板支持体１０４に第２の電極１２２を結合することができる。第２の電極１２２は、基板支持体１０４に埋め込み、または基板支持体１０４の表面に結合することができる。第２の電極１２２は、プレート、多孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーンまたは他の任意の分散した装置とすることができる。第２の電極１２２は同調電極とすることができ、基板支持体１０４のシャフト１４４の中に配置された導管１４６、例えば５０Ωなどの選択された抵抗を有するケーブルによって、第２の同調回路１３６に結合することができる。第２の同調回路１３６は、第２の電子センサ１３８および第２の電子コントローラ１４０を有することができ、第２の電子コントローラ１４０は第２の可変コンデンサとすることができる。第２の電子センサ１３８は電圧または電流センサとすることができ、第２の電子コントローラ１４０に結合して、処理容積１２０内のプラズマ条件に対する追加の制御を提供することができる。
【００１５】
基板支持体１０４に第３の電極１２４を結合することができ、第３の電極１２４は、バイアス電極および／または静電チャッキング電極とすることができる。この第３の電極を、フィルタ１４８を通して第２の電源１５０に結合することができ、フィルタ１４８はインピーダンス整合回路とすることができる。第２の電源１５０は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦ電力、パルスＲＦ電力またはこれらの組合せとすることができる。
【００１６】
図１のリッドアセンブリ１０６および基板支持体１０４は、プラズマ処理用または熱処理用の任意の処理チャンバとともに使用することができる。リッドアセンブリ１０６および基板支持体１０４を有利に使用することができるプラズマ処理チャンバの一例が、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ）から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットホームおよびチャンバである。他の製造業者のチャンバを、上で述べた構成要素とともに使用することもできる。
【００１７】
動作について説明すると、処理チャンバ１００は、処理容積１２０内のプラズマ条件のリアルタイム制御を提供する。基板支持体１０４上に基板を配置し、所望の流れ計画に従って、プロセスガスを、注入口１１４を使用してリッドアセンブリ１０６を通して流す。ガスは、排出口１５２を通ってチャンバ１００を出る。ガス分配器１１２に電力を結合して、処理容積１２０内でプラズマを確立する。所望ならば、第３の電極１２４を使用して、基板に電気バイアスをかけることができる。
【００１８】
処理容積１２０内のプラズマに通電すると、プラズマと第１の電極１０８の間に電位差が確立される。プラズマと第２の電極１２２の間にも電位差が確立される。次いで、電子コントローラ１３４および１４０を使用して、２つの同調回路１２８および１３６によって表された接地経路の流れ特性を調整することができる。第１の同調回路１２８および第２の同調回路１３６に設定点を供給して、中心からエッジまでの堆積速度の独立制御およびプラズマ密度均一性の独立制御を提供することができる。これらの電子コントローラがともに可変コンデンサである実施形態では、堆積速度を最大にし、厚さの不均一を最小にするように、電子センサが可変コンデンサを独立して調整することができる。
【００１９】
同調回路１２８および１３６はそれぞれ、対応するそれぞれの電子コントローラ１３４および１４０を使用して調整することができる可変インピーダンスを有する。電子コントローラ１３４および１４０が可変コンデンサである場合、それぞれの可変コンデンサのキャパシタンス範囲ならびにインダクタ１３２Ａおよび１３２Ｂのインダクタンスは、それぞれの可変コンデンサのキャパシタンス範囲に最小値を有する、プラズマの周波数特性および電圧特性に応じたインピーダンス範囲を提供するように選ばれる。したがって、電子コントローラ１３４のキャパシタンスが最小または最大であるときに回路１２８のインピーダンスは高く、その結果、基板支持体を覆う最小の面積カバレッジ（ａｒｅａｌ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）を有するプラズマ形状が得られる。電子コントローラ１３４のキャパシタンスが、回路１２８のインピーダンスを最小にする値に近づくと、プラズマの面積カバレッジは最大になり、基板支持体１０４の作業領域全体を効果的に覆う。電子コントローラ１３４のキャパシタンスが最小インピーダンス設定から外れると、プラズマ形状はチャンバ壁から後退し、基板支持体の面積カバレッジは低下する。電子コントローラ１４０も同様の効果を有し、電子コントローラ１４０のキャパシタンスを変化させると、基板支持体を覆うプラズマの面積カバレッジが増減する。
【００２０】
電子センサ１３０および１３８を使用して、対応するそれぞれの回路１２８および１３６を閉ループで同調させることができる。使用するセンサのタイプに応じた電流または電圧の設定点をそれぞれのセンサにインストールすることができ、センサは、設定点からのずれを最小にする、対応するそれぞれの電子コントローラ１３４および１４０に対する調整を決定する制御ソフトウエアを備えることができる。このようにすると、プラズマ形状を選択し、処理中にプラズマ形状を動的に制御することができる。以上の議論は、可変コンデンサである電子コントローラ１３４および１４０に基づくものだが、調整可能な特性を有する任意の電子構成要素を使用して、調整可能なインピーダンスを有する同調回路１２８および１３６を提供することができることに留意すべきである。
【００２１】
図２は、他の実施形態に基づく装置２００の略上面図である。装置２００は、移送チャンバ２０８およびロードロックアセンブリ２０４に結合された処理チャンバの集合体であり、それらの処理チャンバは全て、図１の処理チャンバ１００の実施形態とすることができる。処理チャンバ１００は全体にタンデムユニット２０２としてグループ化されており、タンデムユニット２０２はそれぞれ、プロセスガスの単一の供給源２１２を有する。タンデムユニット２０２は、移送チャンバ２０８を取り巻いて配置されており、移送チャンバ２０８は通常、基板を操作するためのロボット２１０を有する。ロードロックアセンブリ２０４は、２つのロードロックチャンバ２０６を、やはりタンデム配置で具備することができる。
【００２２】
図３は、他の実施形態に基づく処理チャンバ３００の略断面図である。図３の処理チャンバ３００は、大部分の点において、図１の処理チャンバ１００と同様であり、これらの２つの図では同一の要素に同じ符号が付けられている。処理チャンバ３００は、基板支持体１０４に結合された異なる同調回路３０２を具備する。同調回路３０２は、同調回路１２８と同じ構成要素、すなわち電子コントローラ１４０、電子センサ１３８、電子コントローラ１４０と直列の第１のインダクタ３０４、および電子コントローラ１４０と並列の第２のインダクタ３０６を有する。
【００２３】
図３の同調回路３０２は、図１の同調回路１３６と同様に機能し、可変構成要素１４０が調整されると異なるインピーダンス特性を示す。インダクタ３０４および３０６に対して選択されたインダクタンスに依存する形で、同調回路３０２のインピーダンスは、同調回路１３６のインピーダンスとは異なる。したがって、基板支持体に加えられる同調回路の特性は、プラズマの特性に関して有用なインピーダンス範囲を与えるキャパシタンス範囲を有する可変コンデンサを選択することによって調整することができるだけでなく、その可変コンデンサを使用して利用可能なインピーダンス範囲を変更するようにインダクタを選択することによっても調整することができる。同調回路１３６と同様に、可変コンデンサ１４０も、基板支持体を通る接地経路のインピーダンスを調整して、電極１２２の電位を変化させ、処理容積１２０内のプラズマの形状を変化させる。
【００２４】
以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施形態を考案することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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