(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上にプロセスガスを均一に分配する装置であって、
エネルギーを与えられてプラズマ状態になるプロセスガスを供給するガス供給導管と、
前記ガス供給導管と流体的に通じ、前記ガス供給導管から供給されるプロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするプラズマ発生器と、
前記プラズマ発生器と流体的に通じ、前記プラズマ発生器においてエネルギーを与えられたプロセスガスを搬送するガス配給導管と、
前記ガス配給導管に流体的に通じた第１領域と、基板が処理される第２領域と、前記第２領域と流体的に通じ、前記第２領域からガス及び揮発性の副産物を除去する第３領域と、前記第１領域と第２領域とを分離するシャワーヘッドとを有し、前記ガス配給導管から供給されるプロセスガスを第１領域に流入させ、前記シャワーヘッドを通して、基板を処理するために第２領域に流入させ、基板を処理するプロセスチャンバーと、
前記第３領域に流体的に通じ、前記プロセスチャンバーからガス及び揮発性の副産物を排出する排出導管と、
を備え、
前記シャワーヘッドは、ガス供給口とガス排出口を含み、前記ガス供給口は、前記第１領域から前記第２領域にプロセスガスを供給し、前記ガス排出口は、前記第２領域から前記第３領域にガス及び揮発性の副産物を引抜き、
前記ガス供給口は、前記第１領域を前記第２領域から分離するプレートから延びた管を含み、
前記シャワーヘッドは、前記第２領域を前記第３領域から分離する底部プレートを有し、前記ガス排出口は、前記底部プレートに開口部を有し、前記管は、前記開口部内に延びていることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス供給口群の夫々は、前記ガス排出口群のうち対応するガス排出口内に、該ガス排出口と中心が同一になるように配置されていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス供給口及びガス排出口は円形であり、前記ガス排出口は前記ガス供給口よりも直径が大きいことを特徴とする。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記プラズマ発生器は、プロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするマイクロ波源を有することを特徴とする。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記シャワーヘッドは、電気的な絶縁材料を含むことを特徴とする。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記プロセスチャンバーは、基板支持部を有し、基板は、前記第２領域内において前記基板支持部の上に支持されることを特徴とする。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス配給導管は、前記第１領域の中央部に開口したガス配給ポートを有し、前記第１領域は、前記ガス配給ポートに対向したガス誘導部材を有し、前記ガス誘導部材は、前記ガス配給ポートから前記第１領域の中央部に配置された前記シャワーヘッドガス供給口を通して前記プロセスガスが直接流れることを防止するように、前記ガス配給導管を通して供給されるプロセスガスの流れを曲げることを特徴とする。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記プロセスチャンバーは、ピン昇降機構を含み、該ピン昇降機構は、基板を上昇又は下降させて前記基板支持部から基板を離したり前記基板支持部に基板を載せたりする昇降ピンを有し、及び／又は、前記基板支持部は、基板を所望の温度に維持するヒータを含むことを特徴とする。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記プラズマ発生器は、イオンが励起ガス中の電子と再結合するように、及び、基板の表面に接触するプロセスガスが基板に損傷を与える電気的にチャージされた粒子を実質的に含まなくなるように、プロセスチャンバーから離して配置されていることを特徴とする。
【請求項１０】
基板表面上にプロセスガスを均一に分配する装置であって、前記装置が、エネルギーを与えられてプラズマ状態になるプロセスガスを供給するガス供給導管と、前記ガス供給導管と流体的に通じ、前記ガス供給導管から供給されるプロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするプラズマ発生器と、前記プラズマ発生器と流体的に通じ、前記プラズマ発生器においてエネルギーを与えられたプロセスガスを搬送するガス配給導管と、プロセスチャンバーとを備え、前記プロセスチャンバーが、前記ガス配給導管に流体的に通じた第１領域と、基板が処理される第２領域と、前記第１領域と第２領域とを分離するシャワーヘッドとを有し、前記ガス配給導管から供給されるプロセスガスを第１領域に流入させ、前記シャワーヘッドを通して、基板を処理するために第２領域に流入させ、これにより基板を処理する装置におけるシャワーヘッドであって、
前記シャワーヘッドは、着脱可能であり、前記第２領域に流体的に通じた第３領域を有し、前記第３領域を通して前記第２領域からガス及び揮発性の副産物を除去し、前記シャワーヘッドは、ガス供給口及びガス排出口を有し、前記ガス供給口は、前記第１領域から前記第２領域にプロセスガスを供給し、前記ガス排出口は、前記第２領域から前記第３領域にガス及び揮発性の副産物を引抜き、
前記ガス供給口は、前記第１領域を前記第２領域から分離するプレートから延びた管を含み、
前記シャワーヘッドは、前記第２領域を前記第３領域から分離する底部プレートを有し、前記ガス排出口は、前記底部プレート内に開口を有し、前記管は、前記開口内に延びていることを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシャワーヘッドであって、前記ガス供給口群の夫々は、前記ガス排出口群のうち対応するガス排出口内に、該ガス排出口と中心が同一になるように配置されていることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシャワーヘッドであって、前記ガス供給口及びガス排出口は、円形であり、前記ガス排出口は、前記ガス供給口よりも直径が大きいことを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１０に記載のシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッドは、電気的な絶縁材料を含むことを特徴とする。
【請求項１４】
基板の表面上にプロセスガスを均一に分配する装置における基板の処理方法であって、
エネルギーを与えられてプラズマ状態になるプロセスガスをプラズマ発生器に供給する工程と、
前記プラズマ発生器においてプロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする工程と、
前記プラズマ発生器に流体的に通じたガス配給導管を通して前記プラズマ発生器から励起されたプロセスガスを引抜く工程と、
前記ガス配給導管に流体的に通じた第１領域と、基板が処理される第２領域と、前記第２領域と流体的に通じ、前記第２領域からガス及び揮発性の副産物を除去する第３領域と、前記第１領域と第２領域とを分離するシャワーヘッドとを有し、前記シャワーヘッドは、ガス供給口群及びガス排出口群を含み、前記ガス供給口群は、前記第１領域から前記第２領域にプロセスガスを供給し、前記ガス排出口群は、前記第２領域から前記第３領域にガス及び揮発性の副産物を引抜き、前記ガス配給導管から供給されるプロセスガスを前記第１領域に流入させ、更に前記ガス供給口群を通して前記第２領域に流入させ、このプロセスガスを基板の表面に接触させることにより基板を処理するプロセスチャンバーの中で、基板を処理する工程と、
前記第３領域に流体的に通じた排出導管を通して前記プロセスチャンバーからガス及び揮発性の副産物を引抜く工程と、
を有し、
前記ガス供給口群の夫々は、前記ガス排出口群のうち対応するガス排出口に取り囲まれて、該ガス排出口と中心が同一になるように配置され、プロセスガスは、前記ガス供給口を通して前記第２領域に供給されて基板の表面に直接接触するように流れ、プロセスガスと基板との反応により生成される揮発性の副産物及びガスは、基板の表面から直接引き離されるように流れ、前記ガス排出口を通して前記第２領域から除去され、この際、ガス及び揮発性の副産物の流れが基板の表面を横方向に横切ることが実質的にないことを特徴とする。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記プラズマ発生器は、イオンが励起ガス中の電子と再結合するように、及び、基板の表面に接触するプロセスガスが基板に損傷を与える電気的にチャージされた粒子を実質的に含まないように、プロセスチャンバーから離して配置されていることを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記基板は、有機素材のマスクを含み、前記マスクは、前記基板の処理工程において除去されることを特徴とする。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、前記ガス供給口及びガス排出口は、円形であり、前記ガス排出口は、前記ガス供給口よりも直径が大きく、前記プロセスガスは分離されて、分離された各プロセスガスは、前記ガス供給口群のうち対応するガス供給口を通して前記第２領域に流入し、基板の表面と反応した後に、前記ガス供給口群を夫々取り囲む前記ガス排出口群のうち対応するガス排出口を通して流れることを特徴とする。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、前記ガス供給口は、前記第１領域を前記第２領域から分離するプレートから延びる管を含み、プロセスガスは、前記管を通して前記第２領域に流入することを特徴とする。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、前記プラズマ発生器は、マイクロ波源を備え、前記プラズマガスは、前記マイクロ波源によって生成される。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であって、前記シャワーヘッドは、電気的な絶縁材料を含み、前記シャワーヘッドは、前記基板の処理工程において、電気的なパワーを受けないことを特徴とする。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法であって、前記シャワーヘッドは、前記第２領域を前記第３領域から分離する底部プレートを含み、前記ガス排出口は、前記底部プレートに開口部を有し、前記管は、前記開口部に延び、前記プロセスガスは、前記管を通して前記第２領域を流入し、前記プロセスガスと前記基板の表面との反応の結果として生成される揮発性の副産物及びガスは、前記開口部を通して前記第２領域から除去される。
【請求項２２】
請求項１４に記載の方法であって、前記プロセスチャンバーは、基板支持部を含み、前記基板は、前記第２領域において、前記基板支持部上に支持され、前記基板支持部は、前記基板よりも大きく、前記第２領域は、前記基板支持部と前記シャワーヘッドとの間に広がる側壁によって定義される空間内であり、前記方法は、前記ガス排出口に減圧源を適用して１０torr以下の圧力に前記第２領域を維持する工程を有することを特徴とする。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記基板支持部は、静電チャックを備え、前記基板の処理工程において、前記基板は、前記静電チャックに電圧を印加することにより前記静電チャックにクランプされることを特徴とする。
【請求項２４】
請求項１４に記載の方法であって、前記プロセスチャンバーは、昇降ピンを有するピン昇降機構を含み、前記方法は、１つの基板を前記第２領域内に搬送し、前記昇降ピン上に前記基板を載置し、前記昇降ピンを降下させることにより前記基板を前記基板支持部上に載置することを特徴とする。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記基板支持部は、ヒータを含み、前記方法は、前記ヒータを用いて前記基板支持部を加熱することにより前記基板を所望の温度に維持することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、半導体基板の表面上に化学的な反応性ガス等のプロセスガスを均一に分配し、基板表面での種の利用性を高めるためのシャワーヘッドに関する。
発明の背景
ガス状のプラズマ技術は、集積回路の製造のための周知の技術である。より詳しくは、プラズマ技術は、薄膜のエッチング、ウェハ上への膜の堆積、フォトレジストの除去等の用途で使用され、成功を収めている。
半導体産業にプラズマ技術は広範に受け入れられているが、プラズマ技術の利用のために今なお多くの挑戦がなされている。特に、プロセス中に半導体ウェハ上に反応性ガスを均一に分配することを保証することの困難性が判明している。特に、フォトレジストを除去するために半導体ウェハ上に均一にガスを分配することを保証することが問題となっている。
図１は、反応種（reactive species）が不均一に分配される従来技術に係るプロセスチャンバーを示している。活性種（active species）を含むガスは、中央の導管１０２を通してプロセスチャンバー１０４に導入される。このガスは、プラテン１１６上に位置する半導体ウェハ１０８の表面と反応し、その後、中央の排出導管１０６を通して排出される。このガスがチャンバー内に滞留する時間は、典型的には僅かである（例えば、数ミリ秒）。チャンバーの圧力が１torrに近づき、流量（flow rate）が５［standard liters per minute］まで高くなると、レイノルズ数が小さくなり、流れは、十分に粘性層流（viscous laminar）の性質を示す（例えば、レイノルズ数”Ｒ”≦２０００）。流線は、例示の流線１１０及び１１２に示されるように、ウェハ表面上に整然と並ぶ。
図１に示すように、中央の導管１０２の供給口は、典型的には、半導体ウェハ１０８の中央部の直上に配置される。それだけでは、半導体ウェハの中央部は、ウェハ表面で反応し消費される活性種の不均一な分配を受ける。ウェハ表面と反応した後、ガスの中央の流れ（例えば、１１０）は、ウェハ表面を放射状に横切り、その後、排出導管１０６を通して排出される。このウェハ表面を横切る放射状のガスの流れは、外側のガスの流れ（例えば、１１２）がウェハ表面に達することを妨げる。これらの外側のガスの流れの中の活性種を放射状の流線を横切って拡散させることは可能である。この拡散は、ガスの温度及び圧力に比例する。しかしながら、ガスがチャンバー内に滞留する時間は短く、通常は、外側のガスの実効的な拡散は妨げられる。その結果、ウェハ表面は、不均一なエッチングレイトでエッチングされる。例えば、ウェハの中央部は、ウェハの周辺部よりも速くエッチングされるという如きである。
この分野の実施者は、半導体表面上に活性種を分配するためのシャワーヘッドを採用するこよにより上記の影響を緩和する試みを行ってきた。図２に示すように、中央の導管の供給口１１８と半導体ウェハ１０８との間にシャワーヘッド２０２が配置されている。このシャワーヘッドは、典型的には、複数の穴２２０を有するプレートからなる。中央の導管を通して供給されるガスは、複数の穴２２０を通して導入され、これにより、基板１０８の表面での活性種の分配がより均一になる。
しかしながら、従来のシャワーヘッドでは、未だに、エッチングの際に十分な均一性を得ることができない。ガスは、結局は、１つの排出導管１０６に引き抜かれて排出される。導管１０６へのガスの流れは、ウェハの表面を横切る望ましくない放射状の流れ２１０を同様に発生させ、外側の流れの活性種がウェハ表面に達することを妨げる。従って、必ずしも図１に示す装置の場合と同程度ではないにしても、ウェハの中央が該ウェハの残りの部分よりも速くエッチングされる。
発明の要約
即ち、本発明の１つの目的は、基板表面でのガスの分配における均一性を改善し、これにより、ガス中の活性種の利用性を高めることにある。
本発明の他の目的は、基板表面を横切るガスの放射状の流れを低減し、これにより半導体基板の表面のエッジ部分をガス中の活性種に、できる限り晒すことを目的とする。
本発明の上記及び他の目的は、本発明の例示的な実施の形態において、半導体表面上にプロセスガスを均一に分配するための改良されたシャワーヘッドを有する装置を採用することにより達成される。この装置は、ガス供給導管と、一般にイオン、ラジカル及び励起原子及び分子を含む化学的に活性なガス状の種を発生するプラズマ発生器と、ガス配給導管と、プロセスチャンバーと、排出導管とを含む。ガス供給導管は、エネルギーを与えられてプラズマ状態になるプロセスガスを供給する。プラズマ発生器は、ガス供給導管に流体的に通じ、ガス供給導管から供給されるプロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にし、ガス配給導管は、プラズマ発生器においてエネルギーを与えられたプロセスガスを搬送する。プロセスチャンバーは、ガス配給導管に流体的に通じた第１領域と、基板が処理される第２領域と、第２領域に流体的に通じ、第２領域からガス及び揮発性の副産物を除去する第３領域と、第１領域と第２領域とを分離するシャワーヘッドとを含む。ガス配給導管から供給されるプロセスガスは、第１領域に流入し、シャワーヘッドを通して、基板を処理するための第２領域に流入する。シャワーヘッドは、ガス供給口及びガス排出口を含み、ガス供給口は、第１領域から第２領域にプロセスガスを供給し、ガス排出口は、第２領域から第３領域にガス及び揮発性の副産物を引き抜く。排出導管は、第３領域に流体的に通じており、ガス及び揮発性の副産物は、プロセスチャンバーから排出導管を通して引き抜かれる。
本発明の１つの実施の形態によれば、各ガス供給口は、ガス排出口群のうち対応するガス排出口内に、該ガス排出口と中心が同一になるように配置される。ガス供給口及びガス排出口は、円形とし、ガス排出口の直径をガス供給口よりも大きくしてもよい。ガス供給口は、第１領域を第２領域から分離するプレートから延びる管を含んでもよい。プラズマ発生器は、ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするマイクロ波源を備え、シャワーヘッドは、電気的な絶縁材料を含んでもよい。シャワーヘッドは、第２領域を第３領域から分離する底部プレートを含み、ガス供給口が該底部プレート内に開口を備え、管が該開口に延びた構造とすることができる。プロセスチャンバーは、基板支持部を含み、第２領域において、基板が該基板支持部上に支持される構造とすることができる。ガス配給導管は、第１領域の中央部に通じるガス配給ポートを含み、第１領域は、ガス配給ポートに対向したガス誘導部材を含み、ガス誘導部材は、ガス配給導管を通して供給されるプロセスガスを曲げて、これにより該プロセスガスがガス配給ポートから第１領域の中央部に配置されたシャワーヘッドのガス供給口を通して直接的に流れることを防止する。プロセスチャンバーは、ピン昇降機構を含んでもよい。ピン昇降機構は、基板を上昇又は下降させて基板支持部から基板を離したり基板支持部に基板を載せたりする昇降ピンを有し、基板支持部は、基板を所望の温度に維持するヒータを含んでもよい。
また、本発明は、基板の表面上に均一にプロセスガスを分配する装置における基板の処理方法を提供する。この方法は、エネルギーを与えられてプラズマ状態になるプロセスガスをプラズマ発生器に供給する工程と、プラズマ発生器においてプロセスガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする工程と、プラズマ発生器に流体的に通じたガス配給導管を通してプラズマ発生器からプロセスガスを引き抜く工程と、前記プラズマ配給導管に流体的に通じた第１領域と、基板が処理される第２領域と、第２領域と流体的に通じており、前記第２領域からガス及び揮発性の副産物を除去する第３領域と、第１領域と第２領域とを分離するシャワーヘッドとを有し、前記シャワーヘッドは、ガス供給口及びガス排出口を含み、ガス供給口は、第１領域から第２領域にプロセスガスを供給し、ガス排出口は、第２領域から第３領域にガス及び揮発性の副産物を引抜き、ガス配給導管から供給されるプロセスガスを第１領域に流入させ、更にガス供給口を通して第２領域に流入させ、このプロセスガスを基板の表面に接触させることにより基板を処理するプロセスチャンバー内に基板を処理する工程と、第３領域に流体的に通じた排出導管を通してプロセスチャンバーからガス及び揮発性の副産物を引抜く工程とを有する。
この方法の１つの実施の形態によれば、プラズマ発生器は、イオンがプラズマガス中の電子と再結合し、基板の表面に接触するプロセスガスが基板に損傷を与える電気的にチャージされた粒子を実質的に含まなくなるように、プロセスチャンバーから離して配置される。基板は、有機材料のマスクを含み、このマスクを基板の処理工程において除去するようにすることもできる。ガス供給口の夫々は、ガス排出口群のうち対応するガス排出口に取り囲まれて、該ガス排出口と中心が同一になるように配置し、プロセスガスが、ガス供給口を通して第２領域に供給されて基板の表面に直接接触するように流れ、プロセスガスと基板との反応により生成される揮発性の副産物及びガスが、基板の表面から直接引き離されるように流れ、ガス排出口を通して第２領域から除去され、この際、ガス及び揮発性の副産物の流れが基板の表面を横方向に横切ることが実質的にないようにすることもできる。ガス供給口及びガス排出口を円形として、ガス排出口をガス供給口よりも直径を大きくし、プロセスガスが分離されて、分離された各プロセスガスが、ガス供給口群のうち対応するガス供給口を通して第２領域に流入し、基板の表面と反応した後に、各ガス供給口を取り囲む各ガス排出口のうち対応するガス排出口を通して流れるようにすることもできる。
この方法において、プロセスチャンバーが基板支持部を含み、基板を第３領域において基板支持部上に支持し、基板支持部を基板よりも大きくし、第２領域を基板支持部とシャワーヘッドとの間に広がる側壁によって定義される空間とし、ガス排出口に減圧源を適用して１０torr以下の圧力に第２領域を維持する工程を有してもよい。基板支持部は、静電チャックを備え、基板の処理工程において、基板を静電チャックに電圧を印加することにより静電チャックにクランプしてもよい。プロセスチャンバーが昇降ピンを有するピン昇降機構を含み、この方法は、１つの基板を第２領域内に搬送し、昇降ピン上に基板を載置し、昇降ピンを降下させることにより基板を基板支持部上に載置する工程を含んでもよい。基板支持部は、ヒータを含み、この方法は、ヒータを用いて基板支持部を加熱することにより基板を所望の温度に維持する工程を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記の目的及び他の目的、特徴及び利点は、以降の詳細な説明及び添付図面を参照することにより、より容易に理解されよう。
図１は、既存のプラズマプロセスのチャンバーを示す図である。
図２は、既存のシャワーヘッド構造を使用した既存のプラズマプロセスチャンバーを示す図である。
図３（ａ）は、本発明の１つの実施の形態に係るシャワーヘッドを組み込んだプラズマプロセスチャンバーを示す図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すシャワーヘッドの特徴を示す図である。
図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すシャワーヘッドの一部の３次元的な外観を示す図である。
図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す底部プレートの一部を示す図である。
図３（ｅ）は、図３（ａ）に示すシャワーヘッドの底部プレートの一例を示す図である。
図４（ａ）及び４（ｂ）は、図３（ａ）に示すシャワーヘッドと組合せて使用することが可能なガス供給口の構成の実施の形態を示す図である。
好適な実施の形態の説明
以下の説明は、説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。また、詳細な説明は、本発明を理解させることを目的とするものである。しかしながら、当業者にとって、これらの詳細な説明から逸脱しない他の実施の形態により本発明を実施し得ることは明らかである。また、周知の方法、デバイス、回路の詳細な説明は、不要な説明により本発明の説明を不明瞭にすることを避けるために省略している。
図３（ａ）は、本発明の１つの実施の形態に係るプラズマプロセス装置を示している。この装置は、マイクロ波プラズマ発生器３０２にガスを供給するガス導管３００と、プロセスチャンバー３３３にプラズマを供給するガス導管３０４を備えている。本発明の例示的な実施の形態によれば、プラズマ発生器３０２は、プロセスチャンバー３３３から適切な距離（例えば、約１２インチ以上）だけ離して配置され得る。これにより、導管３０４から供給される反応性ガスがプロセスチャンバー３３３に導入される時までに、電気的にチャージされた粒子が該反応性ガスに含まれないように、イオンが電子と再結合することを可能にしている。
プロセスチャンバー３３３は、ドア３０８を開いたり閉じたりさせるドア昇降機構３０６を備えており、これにより半導体ウェハ１０８の出し入れを可能にしている。ウェハは、基板上の層の化学エッチング（例えば、フォトレジストの除去）を促進するために２５０℃〜３００℃の範囲に加熱されたプラテン３２６上の適切な位置に載置される。プロセスチャンバー３３３は、更に、昇降ピン機構３１０、例えば空気式リフト機構（pneumatic lift assembly）を備えている。この昇降ピン機構３１０は、ウェハ１０８をローディングしたり、ロボットアーム等の適切な搬送デバイス上にウェハ１０８をアンローディングしたりするためにウェハ１０８を持ち上げるために使用される複数の昇降ピン３２４（１つのみ図示）を有する。更に、プロセスチャンバー３３３は、プロセス中にプラテン３２６の温度をモニタするための１又は複数の熱電対３２２に接続された温度計測デバイス３１２を備えている。適切なウェハ搬送、チャンバードアシール、プラテンのデザイン、ウェハ昇降機構、プラテンの加熱及び温度測定デバイスの詳細は、当業者には自明である。
プロセスチャンバー３３３は、フォトレジストの除去に好適に使用される。また、プロセスチャンバー３３３は、プラズマを発生し、又は、反応性ガスを励起状態（例えば、プラズマ状態）に維持する手段はなくてもよい。換言すると、プロセスチャンバー３３３は、チャンバー内にプラズマを生成するための電極を備えていなくてもよい。その代わりに、プロセスチャンバー３３３は、上流のマイクロ波プラズマ発生器３０２で生成された事前に励起されたガスを基板表面に均一に分配するものとして機能する。この分配は、反応性ガスが電気的に中性の状態で基板に供給されるようになされる。これとは逆に、フォトレジストの除去の場合にプロセスチャンバー３３３が基板１０８に向かうプラズマを生成或いは誘引する電極を有する場合には、プラズマは、電気的にチャージされた粒子を含むことになり、基板表面上でエッチングされた緻密な構造に損傷を与えたり破壊したりする。
動作の際は、マイクロ波プラズマ発生器３０２により生成されたプラズマは、導入ガスライン３００を通してチャンバー内に流入する。例えば、フォトレジストの除去プロセスに関して説明すると、導入されるガスは、酸素又は水蒸気と混合された酸素及び／又は弗化ガス、又はその他の適切な化学ガスを含めることができる。弗化ガスは、除去すべきマスクの外層を突き抜けさせるために反応性ガスに含めてもよい。エッチングや堆積の動作に関しては、他の化学ガスを採用することができ、マイクロ波発生器は、プラズマがチャンバー３３３内で生成される場合には設けなくてもよい。チャンバー内の圧力及び実行するプロセスに応じて、導管３０４を通して供給されるガスは、例えば、１〜５［standard liters per minute］で供給される。
活性イオン化状態になったマイクロ波プラズマ発生器３０２からのガスの流れは、配給導管３０４を通して、プロセスチャンバー３３３の第１領域３１６に流入する。チャンバー３３３は、適切な圧力に維持される。この圧力は、例えば２０torr以下、好ましくは約１０torr以下、更に好ましくは約５torr以下（例えば、０．１〜５torr）である。フォトレジストの除去に関しては、チャンバー３３３は、大凡０．５〜１０torr（例えば、０．５torr〜５torr）に維持され得る。領域３１６は、不均一な量の反応性ガスが、導管３０４の付近において、シャワーヘッド３７０の穴を直接通過することを防止する分散部材３１４が設けられている。この分散部材３１４は、領域３１６の全体に反応性ガスを分配するために使用され得る。ガスの流れの議論を単純化するために、１つの流れの経路３３０だけが図示されている。
分散部材３１４により曲げられた後、例示のガスの流線３３０は、シャワーヘッド３７０の複数の導入管の１つを通過する。説明の目的で、例示のガスの流線３３０は、導入管３６０を通過するように図示されている。これは、図３（ｂ）により詳しく示されている。ガスは、チューブ３６０を通過して第２領域３２０に流入する。ここでは、ガスは、チューブ３６０の直下の基板表面１０８で反応する。ここで、副産物（例えば、酸素とフォトレジストとの反応による副産物）は、例示の流線３３２に示すように、速やかにシャワーヘッドの第３領域３６４に引抜かれる。この副産物は、領域３６４に流入して排気口３６２に至り、例示の流線３３４に示すように、排出導管３１８を通してプロセスチャンバー３３３から除去される。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、デバイスチャンバー３３３は、ガスの流線３３０、３３２及び３３４を例示して説明した方法と同様にして、反応性ガスを均一に分配する複数の導入管３６０を含む。更に、副産物は、シャワーヘッド３７０を取り囲む排出導管３１８を構成する環状空間に引抜かれる。副産物を引抜くため、排出導管３１８は、減圧ポンプ等の適切な減圧ポンプ装置により排気される。
導入管と排出口との３次元の相互関係の更なる詳細は、図３（ｃ）〜（ｅ）に示されている。例えば、図３（ｃ）は、導入管３９０及び３６０の３次元のレイアウトを示している。導入管３９０、３６０は、領域３６４を通って延びており、プレート３９３に設けられた排出口の開口部３６２、３９２内に該開口部３６２，３９２と中心が同一になるように配置されている。
シャワーヘッドの底部プレート３９３の部分（例えば、半導体ウェハに最も近い面）は、図３（ｄ）に示すような外観を有する。図示のように、導入管３６０は、プレート３９３の排出口の開口部３６２内に該開口部３６２と中心が同一になるように配置されている。ここで、プレート３９３には、導入管よりも大きな直径の排出口の開口部３６２、３９２が設けられている。排出口の開口部の中心は、図３（ｅ）に示すように、該排出口の開口部が整列した一連の行と列を構成してプレート３９３を覆うような均一な六角形のパターン内に配置することが好ましい。導入管、排出口の開口部のサイズ及びそれらの間隔は、使用される反応体化学ガスにおいて最適な均一性及びエッチングレイト、流量、及び／又はプロセスチャンバーの圧力を得るために選択することができる。
シャワーヘッドは、電気的に導電性のない材料、例えば水晶で構成することが好ましい。フォトレジストの除去の場合は水晶が望ましい。水晶を採用することにより、プロセスガスにおいて、分離された酸素分子の再結合速度を低くすることができるからである。しかしながら、シャワーヘッドは、例えば、アルミニウム、シリコン等の他の適切な材料で構成することもできる。シャワーヘッドの材料は、粒子の発生の低さ、及び／又は原子再結合係数の低さ等の特性に基づいて選択され得る。シャワーヘッドの底部プレート３９３は、基板の表面（例えば、２００ｍｍウェハ）よりも大凡導入管の直径程度の距離だけ上方に配置することが好ましい。しかしながら、基板とプレート３９３との間の距離は、シャワーヘッド方向への基板ホルダの移動及びシャワーヘッドから遠ざかる方向への基板ホルダの移動、或いは、その反対の移動によって変更され得る。
シャワーヘッドの様々な構成要素の寸法は、基板サイズに依存して変更し得る。８インチ（２００ｍｍ）の半導体ウェハを処理する場合、導入管は、１／２インチの直径にすることができる。この場合、大凡１［standard cm3 sec-1］のガスが各導入管を通して１０mtorr未満の圧力降下で供給される。導入管は、１〜３／２インチの長さとし、該導入管を取り囲む排出口は、約３／４インチの直径とし、該導入管群は、夫々互いに約１インチ離れた中心上に配置することができる。
本発明の１つの実施の形態によれば、シャワーヘッド３７０は、プロセスチャンバー３３３に着脱可能に取り付けることができる。例えば、シャワーヘッド３７０は、基板支持部３２６又はプロセスチャンバーの一部に、スライドフィット（slide fit）のためのガイド部材、ボルト等の留具、又は他の効果的な技術により取り付けられる集合体（integral unit）として提供される。
他の実施の形態によれば、シャワーヘッドは、第１、第２及び第３の構成を形成するための独立の部品群で構成され得る。例えば、シャワーヘッドは、図３（ｂ）に示すように、下方リング３７１、底部プレート３９３、中間プレート３７２、上方リング３７３及び上部プレート３７４を含む。中間プレート３７２は、底部プレート３９３上にリング３７５により保持される。これらの部品は、実質的に真空に密閉された第１、第２及び第３領域を形成するために積み重ねられ得る。リング３７５は、ガス及び副産物が第３領域３６４から空間３１８に流れることを可能にする開口部３７６を含む。管３６０は、その上端が外側に向かって広がった構造とし、その広がった上端部が該管を中間プレート３７２の開口部内に支持するようにすることができる。
図３（ａ）に示すように、ガス領域３１６は、平行な上部及び底部部材を有する。しかしながら、ガス領域３１６は、平行ではない部材により構成することもできる。例えば、図４（ａ）は、湾曲した上部部材を有するガス領域空洞４００を示しており、図４（ｂ）は、傾斜した側壁を有するガス領域空洞４２０を示しており、これらのデザインは、複数の導入管へのガスの分配の変化を齎す。
上記に例示の実施の形態は、本発明を限定する意図ではなく、本発明の細目を説明することを意図したものである。従って、本発明は、当業者が上記の実施の形態に含まれる説明から導き出すことができる様々な変形を細部の構成に加えることが可能なものである。これらの変形や改良は、以下の特許請求の範囲で定義された発明の範囲と思想に包含されると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図３（ｅ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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