(57)【要約】単一のウエハ等の半導体基板の処理が行われるプラズマ反応チャンバ用のシリコン電極及びその電極を用いて半導体基板を処理する方法。電極（１２）は、１Ωｃｍ以下の電気抵抗を有する低抵抗電極である。電極は、温度調節されたプレート（８０）又はリング（１４）等の支持体に結合された又はクランプされたシャワーヘッド電極等の無欠陥単結晶シリコン又は炭化シリコン電極であってもよい。シャワーヘッド電極は、均一な厚さの円板の形態であり、支持リングと電極との間にエラストマー接合が設けられてもよい。電極は、０．０２０〜０．０３０インチの直径を持つガスアウトレット（１６）を備えうる。
2004524677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板処理に用いられるプラズマ反応チャンバに取り付けられるよう構成された低抵抗シリコン電極であって、１Ωｃｍ以下の電気抵抗を有するシリコン電極を備え、該電極は、その片側にＲＦ駆動されるか又は電気的に接地された面を有し、該面は、該電極の使用中に該プラグマ反応チャンバ内のプラズマに露出していることを特徴とする低抵抗シリコン電極。
【請求項２】
前記電極は、複数のガスアウトレットを持つシャワーヘッド電極を有し、該ガスアウトレットは、該シャワーヘッド電極の使用中に該プラズマ反応チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されていることを特徴とする電極。
【請求項３】
前記ガスアウトレットは、０．０２０〜０．０３０インチの直径を有し、該ガスアウトレットは前記露出面にわたって分布していることを特徴とする請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記電極は、１００万分の１０以下の重金属汚染を有する単結晶シリコン又は炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記電極は、平行平板プラズマ反応室の電気的に接地された上部電極を有することを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記電極の前記電気抵抗は、０．１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項７】
前記電極の前記電気抵抗は、０．０５Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項８】
請求項１に記載の電極を含む電極アセンブリを有するプラズマエッチング反応室であって、該電極はエラストマー接合によって支持体に接合され、該エラストマー接合は該電極と該支持体との間に導電性のエラストマー材料を含み、該エラストマー材料は該電極と該支持体との間に電流経路を提供する導電性フィラーを含むことを特徴とするプラズマエッチング反応室。
【請求項９】
請求項１に記載の電極を含む電極アセンブリを有するプラズマエッチング反応室であって、該電極はクランプ部材によって支持体に弾性的にクランプされていることを特徴とするプラズマエッチング反応室。
【請求項１０】
請求項２に記載のシャワーヘッド電極を含むプラズマ反応チャンバであって、前記シャワーヘッド電極は前記プラズマ反応チャンバの内部で温度調節部材に接合又はクランプされ、該温度調節部材は該シャワーヘッド電極に処理ガスを供給するガス通路を含み、該温度調節部材は空洞と該空洞内に配置された少なくとも１つのバッフルプレートとを含み、該ガス通路は該シャワーヘッド電極を通過する前に該バッフルを通過するように処理ガスを供給することを特徴とするプラズマ反応チャンバ。
【請求項１１】
プラズマ反応チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、電極アセンブリが１Ωｃｍ以下の抵抗を持ったＲＦ駆動されるか又は電気的に接地されたシリコン電極を含む方法において、
前記プラズマ反応チャンバに半導体基板を供給する工程と、
前記プラズマ反応チャンバの内部に処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスにエネルギを与えて前記半導体基板の露出面に接触するプラズマを形成する工程と、
前記プラズマを用いて前記基板を処理する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記半導体基板は、シリコンウエハを含み、当該方法は、該ウエハ上の材料の誘電層又は導電層をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
当該方法は、前記半導体基板上に材料の層を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電極は、平行平板プラズマ反応室の上部電極を含み、該電極は前記基板の処理中にＲＦ電力が供給されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電極は、平行平板プラズマ反応室の上部電極と、少なくとも１つの周波数のＲＦエネルギが供給される該平行平板プラズマ反応室の下部電極とを備え、該上部電極は前記基板の処理中に電気的に接地されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電極は、温度調整部材に接合され又はクランプされた、電気的に接地されて電力が供給されない単結晶シリコンシャワーヘッド電極を備え、該シリコンシャワーヘッド電極を通して前記処理ガスが該シリコンシャワーヘッド電極に供給され、該接地されたシリコンシャワーヘッド電極は前記プラズマを効果的に閉じ込める接地経路を提供し、前記基板は前記プラズマによりエッチングされるシリコンウエハを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記電極は、温度調節部材に接合され又はクランプされた、ＲＦ駆動される単結晶シリコンシャワーヘッド電極を備え、該シリコンシャワーヘッド電極を通して前記処理ガスが該シリコンシャワーヘッド電極に供給され、該シリコンシャワーヘッド電極は前記処理ガスにエネルギを与えることによって前記プラズマを形成し、前記基板は前記プラズマによりエッチングされるシリコンウエハを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極の前記電気抵抗は、０．１Ωｃｍ以下であり、該電極は１００万分の１０以下の重金属汚染を有する無欠陥単結晶シリコン又は炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記電極は、ＲＦ電力をより効率的に前記プラズマに結合させて、１０Ωｃｍ又はそれ以上の電気抵抗を有する従来の電極と比較して加熱されにくいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記電極はガスアウトレットを有し、該ガスアウトレットを通して前記処理ガスが前記チャンバ内を通過し、該ガスアウトレットは０．０２０〜０．０３０インチの直径を有し、前記処理ガスはエッチャントガスを含み、該電極は０．０３３インチの直径のガスアウトレットを有する従来の電極と比較して、該エッチャントガスを用いた前記基板をエッチングする間における、該ガスアウトレットの内側及び前記電極の裏面上へのポリマー副生成物の堆積が少ないことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、シリコンウエハ等の半導体基板をプラズマ処理するための装置に関し、特に、低抵抗電極を有する電極アセンブリに関する。本発明は、また、電極アセンブリを有する半導体基板の処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
シリコンウエハ等の半導体基板を処理するためのプラズマ処理反応室に用いられる電極は、米国特許第５,０７４,４５６号及び同５,５６９,３５６号に開示されており、これらの開示は本願に参照により組み込まれる。特許'４５６は、上部電極が半導体純度で作られており、接着剤、はんだ又は蝋付け層に接合される平行平板反応室用の電極アセンブリを開示している。はんだ付け又は蝋付け層は、インジウム、銀及びこれらの合金であり、支持フレームの接合面及び電極は、接合層のぬれ性及び付着性を促進するためにチタン又はニッケル等の金属薄膜で被膜されうる。Ｉｎ結合等の冶金結合は、電極と電極が接合される部分の熱膨張／収縮の差によって、電極を歪ませることが分かっている。これらの冶金結合は、結合の熱疲労及び／又は融解によって、高いプラズマ処理電力で機能しなくなることも分かっている。
【０００３】
ドライプラズマエッチング、反応性イオンエッチング、イオンミリング技術（ion milling techniques）は、半導体ウエハの化学エッチングに伴う多数の制限を克服するために開発された。プラズマエッチングは、特に、エッチングされたフィーチャ（feature）の結果として生じるアスペクト比（すなわち、結果として生じるノッチの高さと幅の比）が適切に制御されるように、垂直方向のエッチング速度が水平方向のエッチング速度よりもずっと速くすることができる。実際に、プラズマエッチングによって、厚さ１μｍ以上の膜中に高アスペクト比の非常に微細なフィーチャ（feature）が形成されうる。
【０００４】
プラズマエッチング処理中では、プラズマは、比較的低い圧力で大きなエネルギをガスに与えることによって、ウエハのマスクされた表面の上方に形成される。エッチングされる基板の電気的ポテンシャルを調節することによって、プラズマ中の荷電した種（species）が実質的に垂直にウエハに向けられ得る。
【０００５】
エッチング処理は、エッチングされる材料と化学反応するガスを用いることによって、多くの場合より効率化されうる。所謂"反応性イオンエッチング"は、プラズマのエネルギ的なエッチング効果とガスの化学的なエッチング効果とを結びつけたものである。しかしながら、多くの化学的に活性な物質は、過度な電極消耗を引き起こすことが分かっている。
【０００６】
ウエハ全面にわたって均一なエッチング速度を得るために、ウエハ表面にわたって均一にプラズマを供給することが望ましい。例えば、米国特許第４,５９５,４８４号,同４,７９２,３７８号,同４,８２０,３７１号,同４,９６０,４８８号は、電極中の多数の孔を通してガスを供給するためのシャワーヘッド電極を開示している。これらの特許は、半導体ウエハにガス気体（gas vapor）の均一な流れを与えるよう合わせられた、開口部配置（arrangement of aperture）を持つガス供給プレートを一般的に示している。
【０００７】
反応性イオンエッチングシステムは、その中に配置された上部電極又はアノード及び下部電極又はカソードを持つエッチングチャンバで典型的には構成される。カソードは、アノード及び容器の壁に対して負にバイアスされている。エッチングされるウエハは、適切なマスクによって覆われ、カソード上に直接配置される。ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣｌＦ３及びＳＦ６又はこれらとＯ２、Ｎ２、Ｈｅ若しくはＡｒとの混合物等の化学的に反応性のあるガスが、エッチングチャンバ内に導入され、典型的にはｍＴｏｒｒの範囲の圧力で維持される。上部電極は、電極を通してチャンバ内にガスを均一に分散させることを可能にするガス孔を備える。アノードとカソードとの間に作られる電界は、プラズマを生成する反応性ガスを解離するだろう。ウエハ表面は、活性化したイオンとの化学的相互作用及びウエハ表面に衝突するイオンの運動量の伝達によってエッチングされる。電極によって作られる電界は、イオンをカソードに引き寄せて、この処理によってはっきりと垂直にエッチングされたサイドウォールが形成されるように、イオンを主に垂直方向で表面に衝突させる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
本発明は、半導体基板処理に用いられるプラズマ反応チャンバに実装されるように構成された低抵抗シリコン電極を提供する。この電極は、１Ωｃｍ以下の電気抵抗及びその一面上にＲＦ駆動されるか又は電気的に接地された表面を有し、この表面は電極を使用するときにプラズマ反応チャンバ内のプラズマに晒される。好適には、その抵抗率は、０．１Ωｃｍ以下であり、更に好適には０．０５Ωｃｍ以下である。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によれば、電極はシャワーヘッド電極を使用するときにプラズマ反応チャンバ中に処理ガスを供給するように構成された複数のガスアウトレット（gas outlets）（例えば、このガスアウトレットは０．０２０〜０．０３０の直径を有し、露出面にわたって分布している）を有するシャワーヘッド電極を備え得る。この電極は、１００万分の１０以下の重金属汚染を有する無欠陥単結晶シリコン含むことが望ましい。好適な使用によれば、この電極は平行平板プラズマ反応室の電気的に接地された上部電極を備えてもよい。
【００１０】
この電極は、プラズマエッチング反応室中の電極アセンブリの一部として設置されうる。例えば、この電極はエラストマー接合によって支持体に接合され、該エラストマー接合は該電極と該支持体との間に導電性のエラストマー材料を含み、該エラストマー材料は該電極と該支持体との間に電流経路を提供するように結合されうる。他の機構では、この電極はクランプ部材によって支持部材に弾性的にクランプされうる。必要に応じて、この電極は、プラズマ反応チャンバ内部の温度調節部材に接合又はクランプされたシャワーヘッド電極であってもよい。このプラズマ反応チャンバでは、この温度調節部材は、シャワーヘッド電極に処理ガスを供給するガス通路を含む。このような機構では、該ガス通路が該シャワーヘッド電極を通過する前に該バッフルを通過する処理ガスを供給するように、温度調節部材は、空洞と該空洞内に配置された１つのバッフルプレートを含みうる。
【００１１】
本発明は、また、プラズマ反応チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、電極アセンブリがＲＦ駆動されるか又は１Ωｃｍ以下の抵抗を持つ電気的に接地されたシリコン電極を含む方法を提供する。本方法は、前記プラズマ反応チャンバに半導体基板を供給する工程と、前記プラズマ反応チャンバの内部に処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスにエネルギを与えて前記半導体基板の露出面に接触するプラズマを形成する工程と、前記プラズマを用いて前記基板を処理する工程と、を含む。
【００１２】
好適な実施の形態によれば、前記半導体基板は、シリコンウエハを含み、当該方法は該ウエハ上の材料の誘電層又は導電層をエッチングする工程を含む。一方、当該方法は、前記半導体基板上に材料の層を成膜する工程を含みうる。前記電極は、平行平板プラズマ反応室内に上部電極を含みうる。上部電極が設置されている場合では、下部電極は前記基板の処理中に少なくとも１つの周波数のＲＦエネルギが供給され得る。
【００１３】
好適なプラズマエッチング装置によれば、前記電極は、温度調整部材に接合され又はクランプされた、ＲＦ駆動された単結晶シリコンシャワーヘッド電極を備えることができ、該シリコンシャワーヘッド電極を通して前記処理ガスが該シリコンシャワーヘッド電極に供給される。ＲＦ駆動されたシリコンシャワーヘッド電極は、処理ガスにエネルギを与えることによって前記プラズマを形成することができ、前記基板は前記プラズマによりエッチングされるシリコンウエハを備えることができる。前記電極は、また、温度調整部材に接合され又はクランプされた、電気的に接地されて電力が供給されない単結晶シリコンシャワーヘッド電極を備え、該シリコンシャワーヘッド電極を通して前記処理ガスが該シリコンシャワーヘッド電極に供給されうる。前記接地されたシリコンシャワーヘッド電極は、前記プラズマを効果的に閉じ込める接地経路を提供し、前記基板は前記プラズマによりエッチングされるシリコンウエハを備えうる。
【００１４】
使用時には、本発明に係る電極は、ＲＦ電力をより効率的に前記プラズマに結合させることができ、１０Ωｃｍ又はそれ以上の電気抵抗を有する従来の電極と比較して加熱されにくい。更に、本発明に係る電極がガスアウトレットを含み、該ガスアウトレットを通して前記処理ガスが前記チャンバ内を通過する場合において、該ガスアウトレットは０．０２０〜０．０３０インチの直径を有し、前記処理ガスはエッチャントガスを含み、該電極は０．０３３インチの直径のガスアウトレットを有する従来の電極と比較して、該エッチャントガスを用いた前記基板をエッチングする間の該ガスアウトレットの内側及び前記電極の裏面上へのポリマー副生成物の堆積が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、図面を参照して詳細に説明される。
【００１６】
本発明の詳細な説明
本発明は、プラズマ閉じ込めを改善する接地への改善されたインピーダンス、エッチング速度の均一性を維持する間におけるエッチング速度の増加等の改善されたプラズマ処理、及び／又は、加熱を最小限に抑えてオーム損失を低減させて電力がより効率的にプラズマに結合されることによる改善された温度調節、を提供することによって、プラズマ反応室に用いられる従来のより高抵抗の電極に対して利点を有する低抵抗シリコン電極を提供する。
【００１７】
本発明に係るシリコン電極によってシリコンウエハ等の半導体基板のプラズマ処理、特に、従来の電極と比較してプラズマエッチング中に予想外の改善がもたらされることが分かった。説明のために、本発明の電極は、半導体基板のプラズマ処理に有用なシャワーヘッド電極を参照して説明される。
【００１８】
本発明の好適な実施の形態によれば、低抵抗電極が半導体基板の処理のために平行平板プラズマ反応室の上部電極、例えば、２００ｍｍ又は３００ｍｍのシリコンウエハ等のウエハが上部電極の１〜２ｃｍ下に支持されるウエハ上の平板下部電極を有する静電チャック上に支持された１枚のウエハのエッチャーの上部電極として用いられる。このようなシステムでは、電極は定期的に取り替えが必要な電極アセンブリの一部となりうる。したがって、電極又は電極アセンブリは、プラズマチャンバからの取り外しが容易な方法で設置される。例えば、電極は、本願と同じ出願人によるLenz他の米国特許第５,５６９,３５６号に記載されているような任意の適当な技術によって支持体に機械的にクランプされることができ、これらの開示は本願に参照により組み込まれる。一方、電極は、本願と同じ出願人によるDegner他の米国特許第５,０７４,４５６号に記載されているような任意の適当な技術によって支持体に冶金的に又は付着して接合されることができ、これらの開示は本願に参照により組み込まれる。依然として、電極は、本願と同じ出願人によるLilleland他の米国特許第６,０７３,５７７号に記載されているようなエラストマー接合によって支持体に接合されることができ、これらの開示は本願に参照により組み込まれる。
【００１９】
本発明に係る低抵抗電極は、図１に示すプラズマエッチングシステムに用いられうる。このシステムでは、上部電極１２を含む電極アセンブリ１０がチャンバ５２、インレットロードロック（inlet load lock）５４及びアウトレットロードロック（outlet load lock）５６を有する平行平板反応室システム５０内に配置される。このシステムの詳細は、本願と同じ出願人による米国特許第４,３４０,４６２号に見出され、この開示は本願に参照により組み込まれる。チャンバ５２は、その上面の上の１枚のウエハ基板を支えるように構成された下部電極プレート５８を含む。電極アセンブリ１０は、機構６０によって垂直に動かされることができる上部筺体５９内に配置され、これによって電極１２と電極５８との間のギャップが調節されうる。
【００２０】
ロードロック５４及び５６は、ウエハをウエハ供給部６２からチャンバ５２を通してウエハ容器６４に運び出す搬送装置を含む。エッチャントガス供給部７０は、筐体５９に接続されて、エッチャントガスを電極アセンブリ１０に供給する。真空ポンプ機構７２は、チャンバ内で所望の真空度、例えば、０．００１〜１０Ｔｏｒｒを維持する。冷却水源７４は、上部及び下部電極に接続されて、これらを所望の温度に保ち、ロードロックポンプ機構７６は、ロードロック５４及び５６内に所望の真空圧力を提供する。電力源７８は、高周波（ＲＦ）電力を上部電極１２及び／又は下部電極５８に与える。
【００２１】
電極アセンブリ１０の詳細は図２に示される。図２では円板形の電極プレート１２が蝋付け（brazing）、はんだ付け（soldering）、接着剤（adhesives）等の適切な接合技術によって支持リング１４に接合される。電極は、それを通して反応ガスを供給する孔（apertures）１６を含むシャワーヘッド電極を備える。リング１４は、シャワーヘッド１２の上面にはまるサイズのフランジ（flange）及び延長部分（extension）を含む。リング１４は、ファスナー（fasteners）（不図示）を介したアルミニウムプレート等の導電性バッキングプレート（electrically conductive backing plate）８０に固定され、プレート６４によって覆われた冷却チャネル（cooling channel）８４は、水源７４によって供給された冷却水を循環させるための冷却ダクトを形成する。供給源７８からのＲＦ電力は、プレート８０に供給されて、チャンバ５２内のプラズマにエネルギを与えるためにリング１４からプレート１２へ通電されうる。一方、電極１２は、下部電極５８によってチャンバ内に生成されるプラズマの接地経路を提供するために接地されうる。供給源７０からの反応ガスは、通路８６を通ってプレート８０に入り、バッフルプレート８７及び８８を含むバッフル機構を通過する。２つのバッフルプレートが示されているが、任意の適切なバッフル機構が用いられるか又は除去されてもよい。リング１４を取り囲むのは、内側の絶縁又は導電リング９０及び外側の絶縁リング９２であり、これらは共にリング１４がプラズマと直接接触することを防止する。
【００２２】
本発明に係る低抵抗電極は、図３、４に示す係留電極システム（captive electrode system）内で用いられ、このシステムでは、電極アセンブリは電極１３０と、支持部材１３２と、電極を部材１３２にクランプするプラズマ閉じ込めリング１３４とを含む。リング１３４は、部材１３２に差し込まれるボルト１３５によって部材１３２に取り付けられる。部材１３２は、３つのバッフルプレート１４０を含む凹部１３８に処理ガスを与えるガス通路１３６を含む。部材１３２の下面１３２ａは、電極１３０と連結されて、これにＲＦ電力を供給する。部材１３２の半径方向で外側の面１３２ｂはリング１３４の上面と接触する。部材１３２のフランジ１４６によってプラズマ反応チャンバの内部に電極アセンブリを取り付けることができる。部材１３２内の冷却チャネル１５２によって電極アセンブリを冷却することができる。リング１３４上のフランジ１５０によって電極１３０の露出面の外側部分に対して弾性的なクランプ力を与えることができる。閉じ込めリング１３４は、プラズマ環境下で安定である耐熱性・熱化性の（heat resistant thermoset）ポリマー（例えば、デュポン社によって作られたベスペル（登録商標））等の誘電体材料から好適には作られるか、リングがアルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化シリコン、炭化シリコン等のセラミック材料から作られ得るか、或いは、誘電体が被覆された金属がリング１３４に用いられてもよい。リングが非弾性材料で作られるならば、ボルト１３５は電極１３０上に弾性的なクランプ力を与えるベスペル（登録商標）等の弾性的で変形可能な材料で作られてもよい。或いは、リング１３４及びボルトは、弾性的で変形可能な材料で作られてもよい。適切なクランプ機構の詳細は、上記参照により組み込まれたＬｅｎｚ他の特許により示されている。
【００２３】
プラズマ反応チャンバ内の圧力は、リング１３４中のガス通路１５４を介してモニタされうる。通路１５４を取り囲むＯリング１４４は、部材１３２とリング１３４との間のシールを提供する。電極１３０と部材１３２との間の熱伝導を良くするために、処理ガスが通路１５５を通して供給され、部材１３２内の環状チャネル内で圧力がかかった状態に維持され、チャネル（不図示）内で圧力がかかった状態にガスを維持するためにＯリングシール１４２及び１４３が用いられる。
【００２４】
図５〜図７を参照して、本発明に係る低抵抗電極２１０がエラストマー接合２４６によって支持リング２１２に接合されうる。図５、６に示すように、電極２１０は、その中央からエッジまで均一な厚さを持つ平面円板である。リング２１２上の外側フランジは、アルミニウムクランプリング２１６によって水冷チャネル２１３を有するアルミニウム温度調節部材２１４にクランプされる。水は、水インレット／アウトレット（water inlet/outlet）接続部２１３ａによって冷却チャネル２１３内を循環する。プラズマ閉じ込めリング２１７は、電極２１０の外周を取り囲んだ、間隔を空けて配置された多数のクォーツリングで構成される。プラズマ閉じ込めリング２１７は、誘電体環状リング２１８にボルト留めされ、誘電体環状リング２１８はまた誘電体筐体２１８ａにボルト留めされる。閉じ込めリング２１７の目的と機能は、反応室内に圧力差をもたらし、反応チャンバ壁とプラズマとの間の電気的な抵抗を増加させ、それによって上部電極と下部電極との間にプラズマを閉じ込めることである。半径方向で内向きに延びているクランプリング２１６のフランジは、グラファイト支持リング２１２の外側フランジと連結する。したがって、クランプ圧力が、電極２１０の露出面に直接加えられることがない。
【００２５】
ガス供給部からの処理ガスは、温度調節部材２１４内の中心孔２２０を通して電極２１０に供給される。次に、ガスは、１つ又は複数の垂直方向に間隔を空けて配置されたバッフルプレート２２２を通して供給され、均一に処理ガスを反応チャンバ２２４に分散させる電極２１０中のガス供給孔（不図示）を通過する。電極２１０から温度調節部材２１４への熱伝導をより強化するために、処理ガスが温度調節部材２１４の対向面と支持リング２１２との間のオープンスペースを満たすために供給され得る。更に、環状リング２１８又は閉じ込めリング２１７内のガス通路（不図示）に接続されたガス通路２２７によって、反応チャンバ２２４内で圧力がモニタされ得る。温度調節部材２１４と支持リング２１２との間で処理ガスを圧力がかかった状態に維持するために、第１のＯリングシール２２８が支持リング２１２の内面と温度調節部材２１４の対向面との間に設けられ、第２のＯリングシール２２９が支持リング２１２上面の外側部分と部材２１４の対向面との間に設けられる。チャンバ２２４内で真空環境を維持するために、さらにＯリング２３０、２３２が温度調節部材２１４と円筒型部材２１８ｂとの間及び円筒型部材２１８ｂと筐体２１８ａとの間に提供される。
【００２６】
図６は、シャワーヘッドアセンブリ２４０を更に詳細に示す図である。ここでは、図７に示すように、電極２１０が凹部２４８内に配置されうるエラストマー接合２４６によって導電性支持リング２１２に接合される。凹部２４８は、支持リング２１２の内側壁（不図示）と外側壁２５０との間の支持リング２１２の周囲に連続的に延びるのが好ましい。各々の壁２５０は、約３０ミル幅などの出来るだけ薄いものでもよく、これによってエラストマーは、各々の壁２５０と接触する領域に薄層（例えば、エラストマーがアルミニウム、シリコン、炭化シリコン等の導電性粒子等の０．７〜２μｍの大きさのフィラーを含む場合には、約２μｍの厚さ）を形成し、凹部２４８内にはより厚い層（例えば、０．００２５インチ）を形成することができる。壁によって形成される凹部は、約２ミルの深さなどの極めて浅いものであってよく、これによって電極を支持リングに接着接合させるのに十分な強度を持つ非常に薄いエラストマー接合を得ることができ、さらに、電極アセンブリの温度サイクル中に支持リングに対して電極を動かすことができる。更に、凹部の壁は、反応室内のプラズマ環境による攻撃からエラストマー接合を守ることができる。凹部２４８は省略可能であり、エラストマー接合は電極の合わせ平面（mating planar surface）と支持部材との間に分離した又は連続的な薄いエラストマーのビーズ（beads）が提供され得る。例えば、エラストマーは、電極と支持部材との間の１つ又は複数の薄い環状ビーズとして成膜されうる。
【００２７】
従来のシャワーヘッド電極は、１０Ωｃｍ又はそれ以上の抵抗率を持つ単結晶シリコンから作られる。このような電極は、プラズマエッチング反応室で適切に動作する一方で、このような電極の動作は電極の抵抗率を下げることによって改善されうることを不意に発見した。例えば、本発明によれば、電極の低効率は１Ωｃｍ以下、好ましくは０．００５〜０．０２Ωｃｍに減少される。電極の材料は、シリコンウエハを作るために用いられる無欠陥単結晶シリコンであるのが望ましい。さらに、低抵抗炭化シリコン等の他の材料が電極に用いられてもよい。
【００２８】
本発明の第１の実施形態によれば、電極はプラズマが基板支持体に組み込まれた下部電極によって生成されるプラズマ反応室内に、接地されたシャワーヘッド電極を含む。必要に応じて、下部電極は二重の周波数電極が供給され、高い方の周波数はウエハを処理するために用いられるプラズマを生成し維持することに用いられ、低い方の周波数は所望のＲＦバイアスをウエハに与えるために用いられる。従来のシリコン電極と比較して、同じ処理パラメータを用いた場合、本発明に係る低抵抗電極によって、エッチング速度均一性を維持する一方で、５〜１０％も不意に増加したエッチング速度を提供することができる。
【００２９】
本発明に係る低抵抗電極で実現可能な改善されたエッチング速度は、プラズマ反応室内のＲＦ接地／結合用の改善された低インピーダンス経路の結果であろう。また、閉じ込め窓（すなわち、電極に供給されるチャンバ圧力及び電力等の処理条件）は、低抵抗電極を用いて改善されうる。例えば、ラムリサーチコーポレーション社製のExelan(登録商標)及びExelan HP(登録商標)反応室では、低抵抗電極は接地された下部シャワーヘッド電極であり、低抵抗電極は１０〜２０Ωｃｍの抵抗率を持つ従来から用いられている電極と比較して、閉じ込め窓を著しく改善することができる。改善されたエッチング速度は、また、ラムリサーチコーポレーション社製４５２０Ｘｌｅ（登録商標）等の反応室内における、電力が供給される上部シャワーヘッド電極として用いられる場合にも実現され得る。
【００３０】
低抵抗電極は、これを通過するＲＦ電流からのＩＲ損失による電力の消耗が高抵抗電極よりも少ない。これによって、プラズマによって吸収されるより多くの電力が、所定のＲＦ発生器の電力出力に利用できるようになる。プラズマに供給される付加的な電力出力は、本発明に係る低抵抗電極で実現される改善されたエッチング速度が原因であろう。また、電力損失の低減によって、電極の温度が低下し、これによって電極の消耗を抑えて、取り替えが必要になるまで電極の耐用期間を延ばすことができる。
【００３１】
Exelan(登録商標)、Exelan HP(登録商標)及び４５２０Xle(登録商標)反応室で用いられる従来の電極は、支持リングにエラストマー接合され、取り替え可能な電極アセンブリとして反応室に搭載されうる。本発明に係る低抵抗電極は同様にして搭載されるか、機械的クランプ機構等の他の適切な機構によって搭載されるか、又は、接着、はんだ付け若しくは蝋付け剤等の他の接合技術当によって搭載されうる。
【００３２】
以下の例示的な実施の形態は、本発明に係る適切な低抵抗電極を示すことを目的として提供される。他の電極の設計もまた本発明に係る電極に適合することは、当業者にとって自明であろう。
【００３３】
本発明に係る低抵抗シャワーヘッド電極の製造中に、孔を超音波ドリルする際に形成される孔中の損傷を取除くことが望ましい。このような損傷は、強酸中でのエッチングや電極の研磨によって取除くことができる。これによってプラズマ反応室内に導入した後、電極の状態を速く整える（faster conditioning）ことができる。また、電極は、定期的なウェット洗浄による回復処理（recovery process）の際に、すなわち、所定枚数のウエハを処理した後に、より速く洗浄され得る。この電極によって示される他の利点は、従来の電極と比較して、改善された消耗特性を示すことである。
【００３４】
プラズマエッチング中にシャワーヘッドの裏側のポリマー堆積物を低減するために、従来の電極で用いられるよりも小さいスルーホールが作られ、これによって電極の裏側の背圧（back pressure）が増加して逆流（back streaming）を低減しうる。更に、より小さいサイズの孔によって、シャワーヘッドの裏側の孔中でプラズマが放電する可能性が少なくなる。より小さい孔によって、シャワーヘッド近傍及び／又はシャワーヘッドの裏面のバッフルプレート上のポリマーの堆積をも低減することができる。０．０３３インチの直径の孔を持つ従来のシャワーヘッド電極と比較して、低抵抗シャワーヘッドは、０．０３０インチ以下、例えば０．０２０〜０．０２８インチ、好適には０．０２５インチの直径の孔で作られうる。
【００３５】
ポリマー堆積物を更に低減するために、従来のシャワーヘッドと比較して孔の数が減少されうる。例えば、孔の数は、５０％又はそれ以上まで、例えば、２０〜４０％まで、好適には２５％まで減少されうる。したがって、従来のシャワーヘッドが２０００〜４０００個の孔を持つ場合、低抵抗シャワーヘッドは、２００ｍｍウエハ処理用のシャワーヘッドの場合では５００〜１０００個の孔を持ちうる。一例として、従来の電極は、約８３０個の孔を持つ低抵抗電極と比較して、約３２５０個の孔を持ちうる。孔の数が減少するにつれて、シャワーヘッドは、プラズマが電極を侵食して孔がつながるのにより多くの時間がかかると言う点で、より長持ちすると考えられる。
【００３６】
低抵抗電極は、電極に渡った中心から端までの温度変化を減少させ、それによってより良い処理均一性を得ることができる。温度変化のこのような減少は、従来の電極よりも電極を厚くすることによって促進されるか、又は、温度調節部材へのより高い熱伝導を実現するアセンブリに電極を組み立てることによって、促進されうる。例えば、電極は、従来の０．２５インチの厚さの電極と比較して、０．３７５又は０．５０インチの厚さに増加されうる。また、電極は、支持部材（backing member）によって支持され（backed）、グラファイトリング及びバッフル機構等の支持リングの支持アセンブリに取り付けられうる。このような機構を用いて、電極は、アルミニウム又はその合金、ＳｉＣ、グラファイト等の適切な熱伝導材料で作られるバッキングプレートで支持され（backed）、バッキングプレートは、支持アセンブリにボルト留めされうる。バッキングプレートは、プラズマチャンバのシャワーヘッド電極領域内の電圧ポテンシャル差を最小化するために、電極に優れたＲＦ伝導力（good RF conductivity）を与えることもできる。バッキングプレートは、エラストマー接合等の接合を含む任意の適当な方法によって電極に取り付けることができる。
【００３７】
低抵抗電極によって、従来の電極と比較してより優れたＤＣ導電経路を提供することができる。したがって、ＤＣ導電経路を改善することによって、プラズマ閉じ込めも改善されうる。
【００３８】
以下、直径０．０２５インチのガスアウトレットを持つ本発明に係る低抵抗電極が、直径０．２５インチの厚さ、１０〜２０Ωｃｍの抵抗率及び直径０．０３３インチのガスアウトレットを有する従来の単結晶シリコン電極と比較される。低抵抗電極は、０．２５インチの厚さを有し、０．００５〜０．０２Ωｃｍの抵抗率を得るためにボロンがドープされた単結晶シリコンで作製した。このような低抵抗シリコンは、オハイオ州のイートンに位置するBullen Ultrasonics社から、単結晶成長された無欠陥シリコンとして手に入れることができる。従来の電極は、数千のガスアウトレットを有するのに対して、低抵抗電極は、より小さい直径でより少ない個数のガスアウトレット（例えば、１０００個以下）を備えることができ、その結果、プラズマによる侵食によって孔がつながる時間という点で、電極の寿命を延ばすことができる。このような孔は、スラリーを用いて超音波ドリルされ、電極は、ドリルのダメージを取除くために強酸で洗浄され、ＳｉＣ研磨剤で包まれて、研磨されて、プラズマエッチングチャンバでウエハを処理するために設置される電極を用いる前に通常必要とされる条件付け時間を減少させることができる。
【００３９】
以下の表は、本発明に係る１Ωｃｍ以下の抵抗率を有する低抵抗シリコン電極と、１０Ωｃｍ又はそれ以上の抵抗率を持つ高抵抗シリコン電極とを比較した試験結果を示す。試験では、コンタクト、ビア及びスペーサ等のフィーチャ（feature）は、同じガス化学反応及び反応室条件を用いてエッチングされた。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
本発明に係る電極は、半導体ウエハをエッチングするためのシャワーヘッド電極として用いられうる。しかしながら、必要に応じて、電極アセンブリは、電極がシャワーヘッド電極ではなく及び／又は支持部材がリング以外の形で作られうる他の機構を有することができる。例えば、電極は、バッキングプレートに結合されたシャワーヘッド電極であってもよい。このバッキングプレートはガス供給孔を有し、電極内でこれらの孔と通じている。他の可能性としては、電極が支持部材にベース部材上のプレート、シリンダ、プロジェクションの形で接合されているところである。更に、電極は、プラズマチャンバ内で電極が接地されるか又は電力が与えられる電極の場合には、ガスアウトレットが無くてもよい。
【００４２】
電極は、その中央から外縁まで均一な厚さを有するプレーナシリコン（例えば、単結晶シリコン）又は炭化シリコン電極円板等の導電性材料で構成されるのが望ましい。しかしながら、均一な厚さ、異なる材料を持ち及び／又は処理ガス供給孔を持たない電極が、本発明に係る電極アセンブリに用いられてもよい。好適な実施の形態では、電極は、電極及び／又は他の電極又は電源によって電力が与えられる処理ガスを、反応チャンバ内のプラズマに供給するために適したサイズと分布を持った、間隔を空けて配置される複数のガス放電通路を備えるシャワーヘッド電極である。しかしながら、本発明に係る電極は、プラズマ反応室又は真空環境で有用な任意のタイプの電極で用いることができ、このような電極はスパッタ電極を含む。
【００４３】
本発明に係る電極は、複数又は１枚のウエハ処理において、プラズマエッチング、成膜等のウエハ処理に用いられうる。例えば、電極は、ＢＳＰＧ、熱シリコン酸化物（thermal silicon dioxide）等の酸化物又は熱分解酸化物（pyrolytic oxides）及びフォトレジスト材料等のエッチング又は成膜に用いられうる。本装置は、望ましいレベルのサブミクロンコンタクトプロファイル、ＣＤ及び低パーティクル汚染を維持することができる。エッチングＢＰＳＧに関しては、毎分３０００Åのオーダーのエッチング速度が得られ、エッチングの均一性が約３％に維持されうる。
【００４４】
前述のものは、本発明に係る原理、好適な実施の形態及び動作モードを示したものである。しかしながら、本発明は、前述した特定の実施の形態に限定するように解釈すべきではない。したがって、上述の実施形態は、限定的ではなく例示的なものであると考えるべきであり、特許請求の範囲に定義されるように、本発明の範囲を逸脱しない限り、当業者によって変形なされうると認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明に係る低抵抗電極が用いられるプラズマ反応室システムを示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る低抵抗シャワーヘッド電極アセンブリの側面断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る低抵抗シャワーヘッド電極アセンブリの側断面図である。
【図４】図４は、図３に示す機構の詳細なＩＶの側断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る低抵抗シャワーヘッド電極アセンブリの側断面図である。
【図６】図６は、図５に示す電極アセンブリの詳細図である。
【図７】図７は、図３に示す機構の一部の側断面図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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