(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタであって、
チャンバハウジングを有するリアクタ真空チャンバと、
処理しようとするワークピースを保持するペデスタルと、
前記チャンバへＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー印加手段と、
ガスインジェクション装置であって、
処理用の成分であるエッチャント種を含有するガスのガス供給手段と、
前記チャンバハウジングの開口と、
前記チャンバハウジングの前記開口の中に配置されたガス散布装置であって、前記チャンバの内部に面する少なくとも１つの細長いスロットアパーチャーと、前記少なくとも１つのスロットアパーチャーから前記チャンバの内部へのガスの流量を制御するガスフローコントローラとを備える、前記ガス散布装置と、を備えるガスインジェクション装置と、
前記ガス供給手段から前記ガス散布装置へのガスフィードラインとを備え、
前記ガス散布装置が、前記ガスフィードラインと対応するガス流入部と、前記スロットアパーチャーの１つと対応するガスマニホールドとを備え、
前記ガスフローコントローラが、前記ガス流入部を前記ガスマニホールドに接続する少なくとも１つのチャンネルを備え、前記スロットアパーチャーの前記１つから前記チャンバの内部へと流れるガスの流量を所望の流量とするように前記チャンネルの数とサイズが選択され、
前記ガス散布装置が、付加的なガス流入部と、付加的なガスマニホールドと、付加的なスロットアパーチャーのそれぞれについての少なくとも１つの接続チャンネルとを備え、
前記ガスフローコントローラが更に、前記チャンネルのうち選択されたチャンネルの内部を通るガスの流れを制限するよう、前記選択されたチャンネルを少なくとも部分的に封鎖するための手段を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記封鎖のための手段が、前記チャンネル内に配置される、(i) ガスの流量を低下させるか、あるいは、(ii)ガスの流れを完全にストップさせる、インサートである請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項３】
前記封鎖のための手段が、
前記ガス流入部に設けられた回転自在のリングを備え、前記リングは第１の回転のポジションにあるときは、前記チャンネルのすべてを通るガスの流れを可能とし、予め定められたこの後の前記リングの回転のポジションのそれぞれ１つのポジションでは、前記チャンネルを通るガスの流れを漸次封鎖していき、１つの付加的チャンネルが、前記この後の回転ポジションのそれぞれのポジションにおいて封鎖される、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項４】
前記封鎖のための手段が、
前記ガス流入部に設けられた回転自在のリングを備え、前記リングは第１の回転のポジションにあるときは、前記チャンネルの全てを通るガスの流れを可能とし、予め定められたこの後の前記リングの回転のポジションのそれぞれ１つのポジションでは、前記チャンネルを通るガスの流れを漸次且つ等しく封鎖する、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路ウエハを処理するプラズマリアクタに関するものであり、具体的にはこのリアクタに使用されるガスの注入及び散布ための装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルエッチリアクタ等、半導体集積回路ウエハの処理のためのプラズマリアクタは、典型的には、真空チャンバと、チャンバ内でウエハを支持するペデスタルと、プラズマＲＦ電源と、チャンバの上面にガスを供給するためのガスインジェクションソースと、チャンバのシーリング（シーリング）近くにあり流入したガスを均一に散布するためのガスディストリビューションプレート（ガス散布プレート）とを備えている。リアクタが誘導結合リアクタの場合、プラズマＲＦ電源に接続したコイルアンテナをチャンバの周りに備え、ウエハペデスタルをバイアスＲＦ電源に接続してもよい。他の形式のプラズマリアクタ（例えば、反応性イオンエッチリアクタなど）では、コイルアンテナが無く、プラズマＲＦ電源がウエハペデスタルに接続されている。プラズマエッチプロセスのために流入するガスは、例えば、塩素(chlorine)及び／又は三塩化ホウ素(boron tri-chloride)などのエッチャント種(etchant species)を含有している。ガス散布プレートは典型的には、約100 個の貫通ホール（貫通穴）ないしオリフィスを有する厚さ約１００〜１５０ｍｉｌ（約２．５〜約３．８ｍｍ）の平らな板であり、リアクタチャンバのシーリングを覆っており、各ホールの直径はプラズマがホールに入らないようにするため約２０〜３０ｍｉｌ（約０．５１〜約０．７６ｍｍ）以下である。ガス散布プレートの裏側又は上面はガスインジェクションソースないしポートに結合されており、これはチャンバの頂部又はリッドの中に延び、他方、表側は下を向き、チャンバ内部及びウエハの方に向いている。
【０００３】
ガス散布プレートは、チャンバの内部で適度に均一なガス散布を行なうため、またリアクタチャンバの頂部の電位を制御する手段を設けるため、かなり大型でなければならない。典型的には、ガス散布プレートは接地面（アース）となっている。この目的で、ガス散布プレートをアルミニウム等の導電材料で作らねばならない。
【０００４】
このガス散布プレートにおける基本的な問題は、散布プレートを通ってリアクタチャンバに導入されるガスによって腐食を受けるということである。ガス散布プレートの前面はチャンバの内部でプラズマに直接曝露され、従ってこれからの攻撃を受けやすい。ガス散布プレートの裏面はガス供給流入口に結合しており、ガス散布プレートを貫通するオリフィスないしホールの大きさが小さいことによる背圧のため、裏面に接触するガスは比較的高圧である。この高い背圧は、ガス散布プレートの裏面が腐食する速度を促進する。このような腐食を極小にするためには、ガス散布プレートを陽極処理してその表面に酸化アルミニウムの膜を設ける。残念ながら、塩素ガス及び三塩化ホウ素ガスの混合物を採用するエッチリアクタでは、三塩化ホウ素が陽極処理面（酸化アルミニウム膜）をエッチングし、他方、塩素がその下のアルミニウムをエッチングして、酸化アルミニウム膜を侵食する。
【０００５】
このような問題はガス散布プレートを貫くオリフィス又はホールでは特に深刻である。プラズマ成長がホール及び板の後で形成されないようにするためには、これらのホールの直径は、約２０〜３０ｍｉｌ（約０．５１〜約０．７６ｍｍ）であるプラズマシースの厚さを越えてはならない。このような小さいホールは機械的ドリルやレーザにより開けなければならないが、その何れによっても、鋭いエッジのあるホールを形成し、各ホールの内面は粗くなる。各ホールの周りの鋭いエッジ及び各ホールの粗い内面は塩素及び三塩化物ガスの流れにより侵食される。ガス散布プレートが陽極処理されている場合、ホールの鋭いエッジでは陽極処理部のクラックを防止することは困難である。このエッジでは、陽極処理部はガス流のための侵食を受けやすく、エッチャントガスが陽極処理部のクラックへ浸透しその下層のアルミニウムがエッチングされることによる腐食を受けやすい。このような侵食及び腐食はすべて粒子汚染を生じ、チャンバで処理中のウエハ上の集積回路を致命的欠陥に至らせる可能性がある。このような問題を軽減しようとして、ガス散布プレートのホールのエッジを抉りとることができ、ホールの内面及びエッジをダイヤモンド粉末で研ぐことができる。しかし、このような努力は単に問題を縮小するだけで、問題解決にはならない。
【０００６】
前述の問題から見て、このようなプラズマリアクタの一つの限界は、ガス散布プレートを典型的には、リアクタの全プロセスサイクル２回にしか使用できず、その後は新しいガス散布プレートが必要となるということであった（ここで用いる語「プロセスサイクル」は、その後に行われるチャンバクリーニング操作とクリーニング操作との間の時間を指す）。これにより前述の問題が多くが回避されるが、このようなプラズマリアクタを動作させている間に受ける生産性のない「中断時間」及びキャピタルコストや出費が大幅に増大する。更に、ガス散布プレートの裏（又は上）の頂部又はリッドの腐食が増大することがしばしば観察される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなリアクタ特にエッチリアクタに伴う他の問題は、ウエハ周辺付近のエッチレイトがウエハ中心付近のエッチレイトよりはるかに大きいということである。このことの原因は、エッチャント種がウエハ近傍では最大速度で消費されることになるためウエハ中心に近い領域ではほとんど存在しなくなり、他方、ウエハのエッジよりも外側ではエッチャント種がほとんどないし全く消費されないのでウエハ外縁の丁度外側にエッチャント種の豊富な供給源が存在するようになりウエハ外縁付近で非常に高いエッチレイトを維持することができる、という事実に少なくとも部分的によっている。ガス散布プレートを通るガス流をウエハ中心上方で大きくし、ウエハ外縁上方で少なくすることにより、エッチレイトのウエハの直径方向の非均一性を少なくすることができる。このことは、ガス散布プレートの単位面積当たりのオリフィス又はホールをウエハ中心の上方で増やしウエハ外縁の上方で少なくすることにより実現される。ウエハ直径方向のエッチレイトの非均一性が５％以内にまで達成され、満足な結果であった。
【０００８】
ウエハ直径方向のエッチレイトの均一性を更に高める一つの方法は、いわゆるフォーカスリング（高さが最大数センチメートルのウエハ外縁を囲む環状の垂直な高い壁）を設けることである。この壁ないしフォーカスリングは、ウエハ外縁でのエッチャント種の補給を停止しあるいは遅らせてしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバハウジングと、処理しようとするワークピースを保持するペデスタルと、ＲＦエネルギーをチャンバ内に印加するための装置と、エッチャント種を含有するガスのガスサプライ（ガス供給手段）を有するガスインジェクション装置と、チャンバハウジングにある開口と、チャンバハウジングの開口に設置され、チャンバの内部に面する少なくとも一つのスロットアパーチャー及び一つ以上のスロットアパーチャーからのガスの流量を制御する装置を備えたガス散布装置と、サプライからガス散布装置までのガスフィードラインとを有する、プラズマリアクタ真空チャンバにガスを注入するガスインジェクション装置を与える。好ましい具体例では、ガス散布装置は、少なくとも一つの環状部材により囲まれる中心部材を備え、これらの間にスロットアパーチャーを備えたギャップがある。好適には、ガス散布装置の各部材はエッチャント種からの攻撃に少なくともほぼ耐え得る材料から構成されている。一例では、ガス散布装置の各部材は、セラミック、石英ガラス(fused quartz)、ポリマー、又は陽極処理アルミニウムの一つを備え、ガスフィードラインはステンレス鋼を備えている。好適には、各部材の表面は、ガス散布装置に組み上がる前に研磨されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、チャンバのシーリング（天井部）の近くに複数の貫通したガスインジェクションオリフィス（ガス注入オリフィス）を有する従来の平らなガス散布プレート（すなわち、シャワーヘッド又は穴開き板）に置き換わるものである。本発明は、チャンバのリッド又はシーリングの中又はその上のガス散布装置である。図１（ａ）に例示する本発明の第１の具体例では、リアクタチャンバの上壁ないしリッド１０をガスインジェクション通路１５が貫いている。リッド１０に吊られてリッド１０から間隔をおくディスク状封鎖板２０ａは、封鎖板２０ａの円形リッジ２０ａ’とチャンバのリッド１０のシーリング面１０ａとの間に円形のスロットアパーチャー又はスリットノズル２５を形成する。一般に、封鎖板２０ａは、その対称軸がインジェクション通路１５からのガス流を均一に分散させるようにインジェクション通路１５に対してほぼ中心にあるソリッドな（中空でない）対称部材である。ホール（穴）２５は細長く好ましくは連続する開口となるよう、封鎖板２０ａはリッド１０に充分近づけられている。シーリング面１０ａに取り付けられた対称環状反射板３５ａは、板２０ａに対して中心にあってそれを取り囲み、円形開口２５を通して注入されるガスをチャンバの中心の方に収束させて、ウエハ中心近くのエッチレイトを高める。
【００１１】
図１（ｂ）に示す第２の具体例では、ガスインジェクション装置全体のサイズは、直径を小さくしたディスク状封鎖板２０ｂと、直径を小さくした環状反射板３５ｂとを使用することにより、小さくなっている。図１（ａ）の具体例では、環状反射板３５ａの内面３６ａは、封鎖板２０ａに対して鈍角を成しているが、図１（ｂ）の具体例では、環状反射板３５ｂの内面３６ｂは封鎖板２０に対して鋭角を成し、インジェクションガスをウエハ中心の方に更に大幅に収束している。図１（ａ）及び図１（ｂ）の具体例では、ガスインジェクションポート１５はチャンバ及びリッド１０に対して中心にある。
【００１２】
本発明の第３の具体例を、図１（ｃ）に例示する。この具体例では、ガスインジェクション装置全体はリッド１０に納められており、また、ガスインジェクション装置全体は、円筒形上部通路４３を形成する円筒形上部ライナ４２と、円筒形上部ライナ４２の基部から半径方向外側に延びる環状中間ライナ４４と、環状中間ライナ４４のエッジ周辺からリッド１０のシーリング面１０ａまで延びる倒立切頭円錐円環状下部ライナ４６とを備えるガス通路ライナ４０から成っている。倒立切頭円錐中心ディスク５０は、下部ライナ４６により囲まれた内部空間の所定位置に固定され、それと一体を成している。ディスク５０は、中間ライナ４４と間隔をおき、水平扁平ディスク形ガスマニホールド５５を形成している。更に、ディスク５０は、下部ライナ４６と間隔をおき、ガスインジェクションノズルとして作用する円錐円環形状スロットアパーチャー６０を形成している。スロットアパーチャー６０が設置されている円錐角は、必ずしも図１（ｃ）に示す角度である必要はない。ウエハ面を横断するエッチレイトを最適均一分布させるように、この角度は選定される。例えば、角度をガス分布をウエハの中心の方に片寄せて、通常のプラズマエッチプロセスの傾向をウエハの中心で低いエッチレイトになるように補償するよう選択することができる。全体的に、ノズルの設計の他にプロセス条件及びハードウェアパラメータがエッチレイトに均一に影響するので、スロットアパーチャー６０を（下に参照する図１（ｄ）の具体例のように）垂直にすることができ、又はその中心軸に対して内側に又は外側に傾けることができる。
【００１３】
図１（ｄ）は第４の具体例を例示するが、これはスロットアパーチャーが垂直で、環状下部ライナ４６及び中心ディスク５０が円錐ではなく円筒形である他は、図１（ｃ）の具体例と同じである。図１（ｄ）は好適な具体例の１つである。
【００１４】
本発明の利点は、マニホールド５５の内面及びスロットアパーチャーないしノズル６０の内面を含むノズル通路内面に、表面欠陥がなく、従って腐食又は侵食を受けないということである。これは、その構成要素４２、４４、４６を含むライナ４０並びに中心ディスク５０が、ガス散布装置を組み立てる前に、別々の部品として製造され機械加工されることによる。従って、これら内面は、製造中は別々の部品４０（４２、４４、４６を含む）及び５０の外面である。従って、各部品に欠陥のない滑らかな表面に仕上げるように、外部での研磨の手順が採用される。これにより、ガス通路内面が侵食又は腐食により汚染されるという１つの問題の局面が解決する。
【００１５】
本発明の他の利点は、ガス散布装置の大きさ又は直径が、特に図１（ｄ）の好適な具体例の場合において、ウエハ直径に対して小さいということである。半径方向の伸張部分が短いため、ライナ４０及び中心ディスク５０を含むガス散布装置は、導電材料で形成する必要がない。リッド１０が導電性である限り、チャンバの上に接地平面を設けるのに図１（ｄ）の小さなガス散布装置を導体にする必要はない。従って、ライナ４０及び中心ディスク５０を含むガス散布装置を、プラズマ又はプラズマに注入されたガス内のエッチャント種による攻撃に耐える材料から形成するのが望ましい。好適な材料は、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、窒化珪素、又は各種ガラスセラミック材料などのセラミックである。しかし、石英ガラス(fused quartz)（又は適切な各種溶融シリカ）及びポリイミドやポリエーテルイミドのような重合材料を同様に採用することができる。その結果、注入すべきガス（エッチングリアクタの場合には塩素、三塩化ホウ素あるいは塩化水素酸など）は、リアクタチャンバに入る途中でアルミニウムと接触することはない。具体的には、円筒形インジェクション通路４３へのガスフィードライン６５は、ステンレス鋼製であるから、インジェクションガスは、ガスフィードライン６５のスチール材料か、あるいは、ライナ４０及び中心ディスク５０の前述のセラミック、石英ガラス、又は重合材料のいずれかと接触する。ライナ４０及び中心ディスク５０の表面の外部での研磨、並びに、前述のセラミック、石英ガラス、又は重合材料のような材料の使用を含む前述の特徴は、ガス散布材料の腐食及び侵食による汚染の問題を排除する。
【００１６】
図２は、図１（ａ）に例示する具体例に対応するものであるが、反射板３５ａが無い具体例を示している。図２の具体例では、直径２００ｍｍのウエハ全体のメタルエッチレイトの非均一性の偏差は約２０％を越えないことが見い出され、非均一性（Ｎ）のパーセンテージは：
Ｎ＝［（Ｒmax −Ｒmin ）/ （２×Ｒavg ）］                  （１）
と定義される。Ｒmax は最大エッチレイトであり、Ｒmin は最小エッチレイトであり、Ｒavg はウエハの表面全体の平均エッチレイトである。
【００１７】
図３は、図２の具体例の変形例を示すが、ここでは、貫通する中心ガス出口６７ａを有するディスク形状インジェクションマニホールド床６７が、切頭円錐環６８によりリッド１０の底に取り付けられている。封鎖板２０ｂ（図１（ｂ）の）はガス出口の底部に面し、ガス出口６７から出るガスを均一に散布するようにしている。図３の具体例は、ウエハ面を横断するメタルエッチの非均一性が約９％を越えない偏差を示すことが見いだされている。
【００１８】
図４（ａ）は、本発明の他の好適な具体例を示しており、この具体例は、平行四辺形環７０及び環７０の内部にある小さい切頭円錐中心ディスク７５（図１（ｃ）の中心ディスク５０と同様）及び外側の環77から構成されており、二つの同心円スロット形の内側に傾斜した開口又はノズル８０、８５を形成する封鎖板組立体６９を備えている。図４（ｂ）は、スロットアパーチャー８０、８５が垂直でディスク及び環７５、７０、７７が円筒状である場合の図４（ａ）の具体例の変形を示す。図５は、図４（ａ）の封鎖板組立体６９の組み立てる前の状態を、すべての内部ガスノズル通路が、別々に研がれて欠陥の無い表面にされた別々の部品７０、７５、７７の外面となっている視点で示している。別々の部品７０、７５、７７を放射状スポーク９６により一緒に保持することができ、次に説明するように、外側部品７７は、ボルト９５、９７によりリッド１０に固定される。この目的で、インジェクションマニホールド床１００が、通路８０、８５への進入路となるリッドを貫く開口１１０の周りでリッド１０に取り付けられている。リッド１０の凹みのシーリング１２０及びインジェクションマニホールド床１００は、通路８０、８５の上方でガスインジェクションマニホールド１２５を形成している。ボルト９５、９７は床１００のねじホールにねじ込まれている。  図６（ａ）は図４（ａ）の概念の拡張を例示し、封鎖板組立体６９が一対の同心平行四辺形環７２、７４を備えるように修正され、中心に向かって内側に傾いた三つの円スロットアパーチャー又はノズル８０、８５、９０が設けられている。この具体例では、すべての個片が床１００と共面である。図６（ｂ）は図６（ａ）と対応するが、垂直スロットアパーチャー ８０、８５、９０を備えた具体例を示している。
【００１９】
図７（ａ）は１つの具体例の拡大図であり、これは図１（ｃ）のものと類似しているが、１つだけのスロットアパーチャー６０を備え、全体がリッド１０の中に収容され、それにより取り付け床（図４（ａ）の床１００のような）の必要性を全く排除し、且つこれは重要な利点であるが、リアクタチャンバの内部に向かって平らな表面を表している。図７（ａ）の具体例は、モジュール式セルフアライニング組立体であり、わずかの部品しか必要としない。組立体の各要素は組立前に研磨される。また、ライナ要素４６は、リッド１０を貫く開口の周りに機械加工された棚９１により支持され、これによりリッド１０を外さずに取り付けが可能になり、シールが容易になると共に、周囲と真空チャンバとの間の圧力差に一層容易に適応することができる。更に、図７（ａ）の具体例は、シール面のチャンバ側にファスナを必要としない。ここで顕著な利点は、図７（ａ）のガス散布装置のモジュール式構成がガス通路ホールのためのドリル加工を必要としない点にあり、これは、プラズマシースの厚さより小さい幅のガス流ノズル又はスロットアパーチャーを設けることができる場合においても顕著な利点となる。小さいホールを開ける必要性がなければ、石英ガラス又はサファイアなどのような材料を必要に応じて使用することができる。このような材料は腐食性ガスの環境に非常に適している。
【００２０】
図７（ａ）は、ガス散布装置を外部取り付けリング１３７を用いてリッド１０にボルト止めする方法、並びに、Ｏリングシール１４０を採用して、望ましくない経路に沿うガス流を封鎖する方法を示している。スロットアパーチャー６０の幅は約２０〜３０ｍｉｌ（約０．５１〜約０．７６ｍｍ）の間にある。図７（ｂ）は、垂直ガス出口流（スロットアパーチャー６０）のある図７（ａ）の具体例の一実施法の拡大図である。図７（ｂ）も、好適な具体例の一例である。
【００２１】
図７（ｃ）は、図７（ａ）の具体例の２−スリット形式の断面図であり、図４（ａ）の切頭円錐中心ディスク７５及び切頭円錐環７０を使用して対称軸に対して傾いた二つのスロットアパーチャー８０、８５を形成している。
【００２２】
図７（ｄ）は、図７（ｂ）の２−スリット形式の具体例の断面図であり、ここでは、ディスク７５及び環状部材７０は円筒形であり、各々がリッド１０の中に収容されており、内側スロットアパーチャー８０及び外側スロットアパーチャー８５は、ディスク７５及び環７０の対称軸に垂直に又は平行になっている。外側リング１４５は、外側スロットアパーチャー８５を包囲している。図７（ｄ）の環状部材７０は、一対の環状部材７０ａ、７０ｂを備えている。好適な具体例では、一対の環状部材７０ａ、７０ｂを単一の一体の部材として形成することにより、それらの間のシールを省略することができる。図７（ｄ）の具体例では、外側リング１４５はＬ形を成し、棚９１に静置されるようになっている。環７０（７０ｂ）には、円周上に間隔をおいて設けられた複数の耳１５０があり、これは、その外周から半径方向外側に広がり、外側リング１４５の内周にある棚の中に入れ子となっており、耳１５０はそこで環７０を支持している。環にある耳１５０は、環７０の重量を外側リング１４５に移している。同様に、中心ディスク７５は、その外周から延び、環７０のスロット１５５内に入れ子となっている複数の円周上に間隔をおいて設けられた耳１５０により支持されている。間隔をおいて設けられた耳１５０は、それらの間にギャップ１６５（図７（ｇ）に示す）を形成しているので、耳１５０は、ガス流通路８０、８５を通るガス流を妨害しない（図７（ｄ）を参照してここに説明した、スロット１５５に入れ子となる耳１５０の特徴は、図７（ｂ）の具体例にも採用されていることに注目すべきである。）。従来からののＯリングシール１４０が、スロットアパーチャー８０、８５へのガス流を制限するシールとなって真空チャンバの真空の完全性を維持している。取り付けリング１３７とガス散布ハードウェアの上面との間に形成されたガスマニホールド１７０は、ガス流入口供給通路２７５からのガスを受け取り、ガスはマニホールド１７０からスロット形ホール８０、８５を通ってリアクタのチャンバの内部に流れる。図７（ｄ）の好適な具体例の好適な実施例では、環状部材７０ａ、７０ｂ、ディスク７５、外側リング１４５をポリイミドとすることができ、好適にはセラミック製で約１．２ｃｍの厚さである。ここでは、リッド１０を、リアクタチャンバに面する下面を陽極処理したアルミニウムで形成した。一般に、環状部材７０、ディスク７５及びリング１４５を含むスロットアパーチャーを形成する構造を、先に述べたセラミック、石英ガラス、重合体、又は陽極処理アルミニウム材の何れかから形成することができる。フランジ又は取り付けリング１３７をステンレス鋼で形成し、Ｏリング１４０は腐食性ガスの使用に適する従来の形式のものとした。ステンレス鋼取り付けリング１３７／供給通路２７５及びセラミック、石英ガラス及び重合体のスロットアパーチャー８０、８５の組合せは、アルミニウムを有しない、即ち腐食性ガスからの攻撃にはるかに良く耐えるガス散布構造を提供する。スロット形ホール８０、８５は、０．５ｍｍのギャップであった。
【００２３】
図７（ｅ）は、図７（ｃ）の具体例の３−スロット形式を示しており、環状部材７０を内側の環状部材７２及び外側の環状部材７４で置き換えている他はほとんど同一である。図７（ｆ）は、図７（ｄ）の具体例の３−スロット形式を示しており、環状部材７０ａ、７０ｂを、内側の環状部材７２ａ、７２ｂ及び外側の環状部材７４ａ、７４ｂで置き換えている他は、ほとんど同一である。環状部材７２ａ及び７２ｂの対を（それらの間のシールを省略して）単一の一体の部材として組み合わせることができ、同様に、環状部材74a 及び74b の対を単一の一体の部材として組み合わせることができる。
【００２４】
図７（ｂ）の具体例を生産環境で試験した。１２，０００枚もの多数の６インチ直径のウエハを単一のリアクタで処理し、全体で約１３５，０００枚のこのようなウエハを、図７（ｂ）の具体例のセラミック形式を使用して処理している。この試験のすべてにおいて、プラズマリアクタチャンバは、顕著な粒子汚染増大の兆候を示さなかった。粒子汚染のレベルはすべての場合で許容可能なプロセス限界の中に止まっている。スリットノズル部品の視覚検査では、腐食性エッチ化学品への曝露による劣化又は磨耗の兆候を示さなかった。更に、スリットノズルを囲むリッドの陽極処理チャンバ側面は、磨耗又は腐食の兆候を示さなかった。比較として、従来型のガス散布プレートを備えたチャンバでは、ガス散布プレートは典型的にわずか５，０００枚のウエハを処理した後で、取り替えを必要とするほどの磨耗又は劣化を示した。この比較は、典型的プラズマリアクタチャンバに現在採用されている従来型ガス散布プレートに対して、長寿命及び低コストの消耗材料が本発明により実現することを実証している。
【００２５】
図８は、図７（ａ）のガス散布装置を備えたプラズマリアクタを示す。リッド１０は、処理しようとする半導体ウエハ２２０を支持するウエハペデスタル２１０を収容する円筒チャンバハウジング２００の一部である。リアクタチャンバハウジング２００の周りを包囲するＲＦコイルアンテナ２３０は、プラズマ電源を構成する整合ＲＦ源２４０から電力の供給を受ける。イオン衝突のエネルギーを制御するバイアスＲＦ電源２５０が、ウエハペデスタル２１０に接続されている。しかし、他のＲＦ電源構成を採用してもよい。例えば、ＲＦアンテナコイル及びＲＦ源を電磁コイルで置き換え、ＲＦ電力をウエハペデスタル２１０にだけ入力する、磁気的に増強した反応性イオンエッチ装置を採用することができる。真空ポンプ２６０及び絞り弁（図示せず）により、チャンバの内部のガス圧力が制御される。ガス供給源２７０は、スチールの流入管２７５を通してガス散布装置のガス散布マニホールド５５に接続されている。
【００２６】
図９は、図７（ｂ）のスロットアパーチャーノズル６０の直径を変えることにより、直径１５０ｍｍのウエハ全体の所望のエッチレイト分布を選択できる方法を示す。スロットアパーチャーノズルの直径は、ガス散布装置の中心からノズルスロットの最も内側のエッジまでの半径方向の距離として定義されていることに注目されたい。図９は、平均エッチレイトをウエハの中心でのエッチレイトに正規化した半径方向位置の関数として示している。スロット形ノズルの直径が２．５ｃｍ（点線のカーブ）から３．３ｃｍ（破線のカーブ）に、次に３．７ｃｍ（実線のカーブ）に増大するにつれて、中間及びエッジでのエッチレイトは中心に対して増大する。図６（ｂ）に対応する単一の円形スリットの具体例では、ノズル直径を１．８ｃｍから２．５ｃｍに、次いで３．１ｃｍに増大すると、ウエハ直径を非均一に横断するエッチレイトの偏差はそれぞれ２４％、１２％及び８％を示した。
【００２７】
図１０は、二重スリット構成について直径２００ｍｍのウエハを横断するエッチレイトの分布を示す。図１０のデータは、図７（ｄ）の具体例に対応する。スリット８５、８０の直径はそれぞれ、４インチ（約１０ｃｍ）及び１．５インチ（約３．７ｃｍ）であった。３．７ｃｍのスリットだけ（実線のカーブ）、10cmのスリットだけ（点線のカーブ）、を封鎖することにより、並びに、どちらのスリットも封鎖しない（破線のカーブ）ことにより、三つの試験を行なった。図９と同様に、ウエハの中間及びエッジでのエッチレイトは、スリット直径が増大するにつれてウエハの中心に対して増大した。更に、ダブルスリットの構成を用いる場合のウエハ全体のエッチレイト分布は、単一スリットで実行した場合のエッチレイト分布とエッチレイト分布との間にある。約言すれば、図９及び図１０のデータは、ウエハの中心から外側中間領域までの（即ち、１５０ｍｍのウエハについて０〜４０ｍｍの半径方向位置までの、並びに、２００ｍｍのウエハについて０〜６０ｍｍの半径方向位置までの）エッチレイトの変化を、スリット直径を調節することにより極小にし得ることを示している。本発明は、以下に説明するように、腐食耐性及び組立の容易性に関する利点を一層大きくしつつも、従来型ガス散布装置の場合と同等のエッチレイトの均一性を与える。
【００２８】
再び図８を参照すれば、ウエハ周辺に近いエッチレイトを低くするか又は制御する目的で、ウエハ周囲を包囲するフォーカスリング２７８を追加することができる。フォーカスリングは、エッチャント種イオンが不足しているウエハ中心上方のプラズマ領域及びエッチャント種イオンの豊富なウエハ外縁の外側のプラズマ領域を分離する化学的境界を横断するエッチャント種の流れを減少させる。図１１は、フォーカスリングを追加すると直径２００ｍｍのウエハの周辺近くのエッチレイトが、約８６０ｎｍ／ｍｉｎ．の高い速度（黒い正方形の曲線）から約７２０ｎｍ／ｍｉｎ．の低い速度（白い正方形の曲線）までいかに減少するかを例示している。フォーカスリングがウエハ周辺でのエッチレイトを強く変調するという事実は、ノズル直径をフォーカスリングの高さと組み合わせて賢明に選択することにより、ウエハを横断するエッチレイトの変化を極小にし得ることを示している。
【００２９】
全体として、腐食耐性に関する利点をはるかに大きくしつつ、従来型のガス散布プレートで達成されるものに匹敵するエッチレイトの均一性が、本発明により実証されている。上述の通り、従来型ガス散布プレートは典型的には、ウエハ中心上方で単位面積あたりのオリフィスを一層多くしてウエハ中心でのエッチレイトを高めるように設計されている。本発明の利点は、（従来型ガス散布プレートにおける多数の小オリフィスと比較して）非常に少数のスロットアパーチャーノズルしか備えていないにもかかわらず、内在的に、ウエハの中心上方に十分なガスを散布して同じエッチレイトの均一性を達成するということである。
【００３０】
図１２は、図１（ｃ）の円形スロットアパーチャーノズル６０の下面図である。図１３は、ノズル６０を個別の弓形の小部分６０ａ〜６０ｄに区分することができる方法を示し、図１４は、ノズル６０が、円形通路ではなく、その一部１５０が削除された蛇行する弓形の通路１４０をたどることができる方法を示している。図１５は、図１４の具体例を別々の弓形の小部分に区分することができる方法を示している。図１３〜図１５の具体例は、磁気励起反応性イオンエッチ（ＭＥ−ＲＩＥ：magnetically enhanced reactive ion etch）リアクタでの用途に有用であり、これは、リアクタに隣接する外部磁石と外部磁石との間のコーナーに幾分高い磁界があるため、均一なエッチャントガス分布による高いエッチレイトを示す。この非均一性は、高い磁界密度の領域にわたるスロットアパーチャーノズル６０の隣接部分６０ａ〜６０ｄの間のギャップを調心する（アラインメントする）ことにより補償することができる。ＭＥ−ＲＩＥプラズマリアクタの場合、このような位置合わせを、四つの個別のノズル部分６０ａ〜６０ｄに対する、リアクタの４個の外部磁石２００ａ〜２００ｄの相対的向きを破線で示すことにより図１５に示してある。現在のところエッチレイト均一性のこのような精密な整合は必要でないと考えられている。
【００３１】
単一のスロットアパーチャー６０を採用する図１（ｃ）、図１（ｄ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）の具体例では、開口の直径は一般に、０．５インチ（約１．２ｃｍ）〜６．０インチ（約１５ｃｍ）の広い範囲にあるが、好適な範囲は１．０インチ（２．５ｃｍ）〜２．０インチ（約５．０ｃｍ）である。一対のスロットアパーチャー８０、８５を採用する図４（ａ）、図４（ｂ）、図７（ｃ）及び図７（ｄ）の具体例では、外側スロットアパーチャーの直径は一般に、３．０インチ（約７．５ｃｍ）〜６．０インチ（約１５ｃｍ）の広い範囲にあるが、好適な直径は約４．０インチ（約１０ｃｍ）であり、内側スロットアパーチャーの直径は一般に、０．５インチ（約１．２ｃｍ）〜２．０インチ（約５．０ｃｍ）の広い範囲にあるが、好適な直径は約１．５インチ（３．７ｃｍ）である。三つのスロットアパーチャー８０、９０、８５を採用する図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ｅ）及び図７（ｆ）の具体例では、開口の直径は一例で、それぞれ、アパーチャー８０は約０．３インチ（約０．８ｃｍ）、アパーチャー９０は１．０インチ（約２．５ｃｍ）、アパーチャー８５は１．２５インチ（約３．０ｃｍ）とすることができ、あるいは、この代わりとして、それぞれ、アパーチャー８０を１．０インチ（約２．５ｃｍ）、９０を２．５インチ（約６．３ｃｍ）、８５を４．０インチ（約１０ｃｍ）とすることもできる。
【００３２】
（本発明の利点）
本発明では、従来型のガス散布プレートに複数の長所を組合せている。本発明は、プラズマシースの厚さを越えないギャップ（空隙）である細長い開口ないしノズルを形成する別々の部品によるモジュール式組立体であるから、別々の部品の外部を研磨して表面の欠陥が腐食性ガス環境で劣化又は粒子汚染の原因にならないようにしている。更に、ドリルで開けたホールが存在しないため、前述のセラミック、石英ガラス、ポリマー等のあらゆる耐腐食性材料を使用することを可能にし、この耐腐食性材料を用いることで、ステンレス鋼製のガス流入口と組み合わせることにより、腐食性ガスの攻撃に実質的に耐えるガス散布装置を提供することができる。このモジュール式構成は、製造を容易にするため、落とし込み（ドロップ−イン）式のセルフアライニング組立体を提供する。従来型のガス散布プレートと比較してノズルの数が少ないにもかかわらず、本発明はこれに匹敵するエッチレイトの均一性及び設計の融通性を実現し、同時に、サイクル寿命を従来型ガス散布プレートの何倍にもしている。これにより、消耗材料を取り替える際の生産中断時間の頻度が減り、処理量が大きくなる。
【００３３】
（他の有利な具体例）
図１６（ａ）、図１６（ｂ）並びに図１７〜図２２は、本発明によるガス散布装置の追加具体例を示す。これら追加具体例は一般に、図７（ａ）〜図７（ｆ）の具体例に関係しており、同様の長所を示す。しかし、新しい具体例も同様に別の長所をも示す。
【００３４】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、中心部材３０２と、中間部材３０４と、外側部材３０６とを備える２−スロットの具体例である。図１６（ａ）は、この具体例の断面図であり、図１６（ｂ）は、この具体例の斜視分解図である。中心部材３０２の形状はステップ付き円筒である。その上端から始めて、部材３０２には第１、第２及び第３の環状部分３０８、３１０、３１２及びディスク形状の底部３１４がある。環状部分３０８、３１０、３１２の内径は同じで、それにより円筒形状中心空胴３１６を形成している。最上（第１の）の環状部分３０８の外径は、隣接する第２の環状部分３１０の外径より小さく、それにより棚を形成している。この棚は内径が第１の環状部分３０８の外径とほぼ同じである圧縮Ｏリング３１８を支持するのに使用される。Ｏリング３１８の目的は、後に詳細に説明することにする。第３の環状部分３１２の外径も第２の環状部分３１０の外径より小さい。この小さい方の直径の目的は前述の中間環状部材３０４と協同する環状マニホールド３２０の部分を形成することである。第３の環状部分３１２に多数のホール３２２が、中心空胴３１６とマニホールド３２０との間に形成されている。これらのホール３２２の数、設置場所及び目的も後に説明することにする。最後に、中心部材３０２のディスク状底部３１４の直径は第３の環状部分３１２の直径より大きい。底部３１４の外縁エッジは、最も内側のスロット形ホール３２４の内側エッジを形成している。従って、明らかなように、その正確な直径は所望の開口幅及び直径の関数である。
【００３５】
中間部材３０４は形状がステップ付き環であり、中心部材３０２及び外側部材３０６と接続するように設計されている。中心部材３０２は、中間部材３０４の中心の空孔に入れ子となっている。中間部材３０４には、上部、中間部及び下部があるととらえることができる。上部には、二つの環状部分３２６、３３６がある。最内部にある環状部分３２６は、中心部材３０２の第２の環状部分３１０と接しており、その内径は第２の環状部分３１０の外径とほぼ同じである。これにより前述の中心部材３０２を中間部材３０４に入れる作業が容易になり、二つの部材３０２、３０４が同心になることが確保される。中間部にも二つの環状部分３３０、３３８があり、その最内部のもの（すなわち、部分３３０）の外径は上部の最内部の環状部分３２６の外径に対応している。中間部の最内部の環状部分３３０の内径は、上部のものより小さい。これにより、中心部材３０２の第２の環状部分３１０の底を支持する棚３３４が作られる。中間部の最内部の環状部分３３０の内向きエッジは、前述のマニホールド３２０のもう一方の壁を形成している。第２の環状部分３１０の厚さは最内部の環状部分３２６の厚さに対応していることも注目される。従って、第２の環状部分３１０の上面は中間部材３０４の上面と同じ高さになる。上部及び中間部の外側環状部分３３６、３３８は、同じ内径を有し、対応する最内環状部分３２６、３３０から半径方向に離れている。この結果、環状空胴３４０が形成されている。中間部の外側環状部分３３８の外径は、上部の外側環状部分３３６の外径より小さい。この目的は第２の環状マニホールド３４２の一つの壁を形成することである。中間部の外側環状部分３３８にも前述の環状空胴３４０と第２のマニホールド３４２との間に多数のホール３４４が形成されている。ホール３２２と同様、ホール３４４の数、設置場所及び目的については後に説明する。最後に、中間部材３０４の下部は、上部及び中間部３２６、３３０、３３６、３３８の環状部分の間のギャップ（すなわち、環状空胴３４０）を埋める一つの環を形成している。この下部の内縁は、前述の最も内側のスロットアパーチャー３２４の外縁を形成している。従って、この下部の内径は、中心部材３０２の底部３１４と協同して、所望の開口幅及び直径を作る大きさになっている。この下部の外縁の直径は、中間部の外側環状部分３３８の直径より大きい。また、この下部の外縁は、外側スロットアパーチャー３４６の内縁を形成している。最内部の開口３２４の場合のように、この外縁エッジの正確な直径は、所望の開口幅及び直径の関数である。
【００３６】
外側部材３０６もその形状はステップ付き環であり、その中心空隙に入る中間部材３０４に接するように設計されている。中間部材３０４の場合のように、外側部材３０６に上部、中間部及び下部があると考えることができる。上部３４８は、内径が中間部材３０４の外側環状部分３３６の外径とほぼ同じ環である。これにより中間部材３０４を外側部材３０６に入れることができ、これら二つの部材３０４、３０６が確実に同心になる。外側部材３０６の中間部３５０も外径が上部３４８の外径に対応する環形状をしている。中間部３５０の内径は、上部３４８の内径より小さい。これにより中間部材３０４の外側環状部分３３６の底を支持する棚３５２が作られる。また、中間部３５０の内縁エッジは前述の第２の環状マニホールド３４２の他の壁を形成している。最後に、外側部材３０６の下部３５４は、その内周が前述の外側スロットアパーチャー３４６の外縁を形成している環である。下部３５４の内径は、中間部材３０４の下部と協同して、所望の開口幅及び直径を作る大きさになっている。外側部材３０６の下３５４の外周の直径は、上部及び中部３４８、３５０の直径より小さい。これによりガス散布装置をチャンバリッド３５６内に組立てやすくする環状ノッチが作られる。具体的には、リッド３５６に段付きホールが形成されている。ホールの上部の直径は外側部材３０６の上部及び中間部３４８、３５０の外縁の外径に対応している。これに反して、チャンバのシーリングに隣接するホールの下部の直径は、外側部材３０６の下部３５４の外縁に対応している。従って、外側部材３０６の中間部３５０の底が置かれる棚３５８が形成される。また、この棚３５８には環状チャンネルが形成されている。このチャンネルは、真空チャンバの真空を完全に維持するシール用Ｏリング３６０を収容する。
【００３７】
中間部材３０４の上部の環状部分３２６、３３６の厚さは、外側部材３０６の上部３４８の厚さに対応している。これは中間部材３０４の上面が、中心部材３０２の第２の環状部分３１０の上面とだけでなく外側部材３０６の上面とも同じ高さであるということを意味する。この結果、一旦入れ子となれば、三つの部材３０２、３０４、３０６は平面状表面を示すことになり、ガス散布装置の表面平面の少し上方に伸びる中心部材３０２の第１環状部分３０８はこの限りではない。更に、装置の底面もほぼ平面状となるよう、好適な構成ではチャンバのシーリングと同じ高さとなるように、三つの部材３０２、３０４、３０６の残りの部分の厚さがきめられる。この同じ高さで載置することにより、ガス散布装置を支持するリッド３５６を貫く開口の周りに加工された棚３５８と共に、装置を完全にリッド３５６に嵌め込み、周囲と真空チャンバとの間の圧力差により生ずる下向き移動に対して固定することができるようにする。その結果、プラズマからの劣化を受けることになる取り付け床（図４（ａ）の床１００など）や装置のチャンバ側のファスナの必要性がない。また、リッド３５６を外さずに装置を設置することができる。これはその取り替え中の中断時間を減らすはずである。ガス散布装置の底をチャンバのシーリングと平らにする前述の特徴は好適ではあるが、ガス散布を増強させたければ、装置をウエハの方に広げることも可能である。例えば、中心部材のディスク状底部の厚さ及び中間部材及び外側部材の下部の厚さをも増すことができる。これにより所望の拡張が行なわれ、スロットアパーチャーをウエハの表面に更に近く設置することができる。
【００３８】
一般に、上述のガス散布装置を、先に述べたセラミック、石英ガラス、重合材、又は陽極処理アルミニウム材のいずれから形成してもよい。図７（ａ）〜図７（ｆ）の具体例の幾つかの場合のように、本発明の装置の各要素を組立前に磨くことができる。更に、中心部材３０２及び中間部材３０４に直径の比較的大きいホール３２２、３４４を形成すればよいだけであるから、装置を前述のセラミック、石英ガラス、重合材から有利に作ることができる。このような材料は腐食性ガスの環境に対して高い耐性を持つので、寿命を長くし、ウエハ汚染の危険を減少させる。
【００３９】
ディスク形状のカバー３６２を使用して、ガス散布装置をチャンバにシールして固定する。カバー３６２はその直径が装置の直径より大きく、リッド３５６の外側に固定される。これは、カバー３６２のホールを通して、リッド３５６に形成されているボルトホールにねじ込まれるボルト３６４を使用して行なわれる。円筒空胴３６６がカバー３６２の中心に形成されている。空胴３６６の直径は圧縮Ｏリング３１８とほぼ同じであり、深さは中心部材３０２の第１の環状部分３０８とほぼ同じである。一旦設置すれば、カバー３６２は圧縮Ｏリング３１８に対して下向きの力を与える。これにより装置の三つの部材３０２、３０４、３０６を共に押し、それらを所定位置に保持する。カバー３６２は、中心空胴及び環状空胴３１６、３４０と接するガス流入口構造体３６８も有している。このガス流入口３６８を空胴３１６、３４０への開口を有する直線チャンネル３７０として図示してある。カバー３６２が空胴３１６、３４０の上にわずかに張り出している図１６（ａ）に示したように、これらチャンネル開口を空胴３１６、３４０と同じ大きさにする必要はないことに注目されたい。しかし、この代わりに、ガス流入口構造３６８は直線チャンネル３７０を越えて延長してその全長にわたり環状空胴３４０の中に開いている環状チャンネル（図示せず）を備えることができるであろう。この代わりのガス流入口構造は、条件により、環状チャンネルに一層良好なガス散布を行なうことができる。動作中、ガス流入口３６８は、ガスをガス流入口供給源（図示せず）から受け取る。その後、ガスはチャンネル３７０を通って中心空胴及び環状空胴３１６、３４０に流入する。ガスは、空胴３１６、３４０からホール３２２を通って中心部材３０２に、ホール３４４を通って中間部材３０４に、並びに、内側及び外側マニホールド３２０、３４２に流入する。最後に、ガスはスロットアパーチャー３２４、３４６を通ってガス散布装置を出て、リアクタのチャンバに入る。マニホールド３２０、３４２を用いて、スロットアパーチャー３２４、３４６からの均一な流出を確保する。図１６（ａ）〜図１６（ｂ）の具体例は、垂直ガス流を示すことに注目する。これは好ましいことである。カバー３６２には、カバー３６２を取り付けたとき、外側部材３０６に面する環状チャンネルもある。シール用Ｏリング３７２はこのチャンネルの中に設置されてカバー３６２とガス散布装置との間をシールし、ガス流をスロットアパーチャー３２４、３４６だけに制限し、真空チャンバの真空を完全に維持する。カバー３６２は好適にはガスの腐食効果に耐えるステンレス鋼から作られ、Ｏリング３１８、３６０、３７２を腐食性ガスに使用する従来の形式のものとすることができる。
【００４０】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）の具体例は、図７（ｂ）、図７（ｄ）及び図７（ｆ）〜図７（ｇ）の具体例において依存していた耳１５０を省略しているという点で非常に頑丈なデザインを提供する。これらの耳１５０は、充分許容可能ではあるものの、前述のセラミック、石英ガラス、又は重合材料を採用する場合に壊れやすく、幾分か製造困難な可能性がある。加えて、図７（ａ）〜図７（ｆ）の具体例に採用されている「視野線」構造は、図１６（ａ）、図１６（ｂ）の現在の具体例では省略されている。この「視野線」構造は、チャンバの内部とガスソース流入口との間に直線経路を与えるものである。スロットアパーチャーの幅は好適にプラズマ放電が開口に入らないように設計されているが、これが生ずれば、図７（ａ）〜図７（ｆ）の具体例のスロットアパーチャーはマニホールド領域及びガス流入口への直接通路となるであろう。これは、ステンレス鋼のガスソース流入口がプラズマ放電の侵入により覆われ、ウエハに顕著なイオン汚染が生じるため不都合である。これに反して、図１６（ａ）、図１６（ｂ）の具体例では、プラズマは環状マニホールド３２０、３４２を通る回り道をたどらなければならず、ホール３２２、３４４に入り、最後に空胴３１６、３４０を上がり、ガス流入口チャンネル３７０に沿ってガス流入口に達する。このような回り道は事実上にプラズマの侵入を不可能にし、万一、プラズマの侵入があっったにせよ、ガスソース流入口からの飛散材料がチャンバへの通路を見付けてウエハを汚染する、ということはない。
【００４１】
図１７は、図１６（ａ）、図１６（ｂ）の具体例の１−スロット形式を示す。この形式は、中間部材が省略され、外側部材３０６の直径が小さくなって、２−スロット具体例での中間部材と接するのと同じように中心部材３０２と接している他は、構造的に同じである。図１６（ａ）、図１６（ｂ）の具体例のスロットアパーチャーの数も増加することができる。これは現存する中間部材３０４と外側部材３０６との間に別の中間部材３０４’（適切な直径の）を組み込むことにより行なわれる。追加された各中間部材３０４’は、一つの追加スロットアパーチャーを生ずる。無論、新しい各中間部材３０４’に対して、ガス流入口チャンネルに追加の開口を形成して新しい各部材３０４’の環状空胴に対応させなければならない。図１８は、一つの追加中間部材３０４’を採用した３−スロット形式の一例である。
【００４２】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７及び図１８の具体例では、好適には、本発明の前の具体例に関連して説明したものと同じ開口直径及び幅を採用していることに注目されたい。従って、同じ有利な性能特性が同様に享受されることが期待される。
【００４３】
再び図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７及び図１８を参照すると、本発明のすべての具体例における中心空胴３１６から内側マニホールド３２０までのガスの通路となるホール３２２の直径の他、環状空胴３４０、３４０’をマルチスロットの具体例の外側マニホールド３４２、３４２’と接続するホール３４４、３４４’の直径も、スロットアパーチャー３２４、３４６、３４６’からの所望の流量によって部分的に決まる。理想的には、ホールの直径は、マニホールド３２０、３４２、３４２’に十分な圧力が形成されて、スロットアパーチャー３２４、３４６、３４６’から前述の所望の流量が生ずるよう、ガス流量を供給するように選定される。しかし、機械的及び製作上の制約からホールの大きさが異なることがある。例えば、ガス散布装置を前述のセラミック、石英ガラス、又は重合材料から作る場合、ホール３２２、３４４、３４４’を形成しやすくするため、ホールの直径も充分大きいことが好ましい。必要なだけの小さいホール直径を容易に形成できない（所望の流量により規制されるように）場合は、大きいホール３２２、３４４、３４４’を形成しておき、インサート（図示せず）をそれに嵌入することにより、流れを制限することができる。前述の役目に対する適切なインサートの設計を決める構造自体及び因子自体は、当業者に周知のものであり新規な特徴を構成するものではない。従って、これらインサートの詳細な説明をここでは行なわない。
【００４４】
スロットアパーチャー３２４、３４６、３４６’からの流量を決める他の因子はホール３２２、３４４、３４４’の数である。従って、所定の容易に形成されるホール直径に対して、ホール３２２、３４４、３４４’の数を変えて前述のマニホールド圧力及びホール流量を発生することができる。採用するホールの数、それらの直径、を変え、インサートを使用することにより、広範多様な流量を作り出すことができると信じられている。また、好適には、ホール３２２、３４４、３４４’を、その関連部材３０２、３０４、３０４’の外周の周りに等間隔に配置して、マニホールド３２０、３４２、３４２’へのガスを均一に散布しやすくする。このホール配置は、マニホールド３２０、３４２、３４２’と協同して、スロットアパーチャー３２４、３４６、３４６’への一層均一なガス流を確保する。マニホールド３２０、３４２、３４２’は、ホール３２２、３４４、３４４’から出るジェット様流れパターンの可能性がある流れを滑らかにする傾向があるので、この役目を行なうのに役立つ。マニホールド３２０、３４２、３４２’がなければ、開口３２４、３４６、３４６’からのガス流はホール３２２、３４４、３４４’の場所の近くに集中することになろう。
【００４５】
２−スロットの具体例における試験では、中心部材３０２の３つのホール３２２及び中間部材３０４の８個のホール３４４（ホールの直径がすべて０．１２５インチである）により、許容可能なエッチング性能が与えられることが見い出された。この特定の構成の目的は、その他のデザイン考慮事項との均衡を図りつつ、ホール３２２、３４４を通る際の流れ抵抗を極小にすることであった。具体的には、中心部材３０２は３個のホール３２２を備えるように設計され、直径が０．７５インチ（約０．１９ｍｍ）までのスロットアパーチャーの構造の完全性を確保しつつもホールの数を最大にするように設計された。８個のホール３４４は、中間部材３０４で各ホールを通して同じ流量を与える（スケーリング分析に基づき）ことに使用された。０．１２５インチのホールは、採用するマニホールドの大きさに使用するのに実用的な標準の最大ドリルサイズであったため選択された。マニホールドの容積（従ってその寸法）は、開口スロットに良い流れを発生するのに十分なアスペクト比（スロット幅に対するスロット高さの比）の必要性から主に決められた。明らかなように、ホール３２２、３４４の数及び直径を選択することにより、その他の認識される構造及び流れに関する考慮事項と均衡をとりつつ、前述の許容できるエッチング性能が得られた。ホール３２２、３４４の数及び大きさについて同様の最適化を行い、他のリアクタの用途について許容できるような性能を得ることができる。
【００４６】
上記の説明で、所望のホール流量が、各開口３２４、３４６、３４６’について同じであることを推定したが、必ずしもこのような場合であるわけではない。条件によっては、各開口から異なる流量を得るのが有益なこともある。例えば、内側開口３２４からの流量を大きくして、ウエハの中心近くのエッチャント種に関する前述の問題を軽減することに役立てることが有利かも知れない。開口ごとに流量を変えることは、上に説明したように、影響される各部材３０２ 、３０４、３０４’について、ホール３２２、３４４、３４４’の適切な数及びホールの直径を選択することにより容易に行なわれる。加えて、所望の流量変化を行なうのに前述のインサートを採用することができる。図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７及び図１８の具体例は各開口３２４、３４６、３４６’から調節可能な流量を得るようにするのに役立つ。この性能を実現する一つの方法は、図１９（ａ）に示すように、中心部材３０２の中心空胴３１６に回転自在の環状リング４０２を組み込むことである。同様のリングを環状空胴の各々に組み込めば、同様に働くが、前述のリングの構造及び動作を説明しやすくするため、中心空胴316 に設置したリング４０２だけを説明することに注目する。このリング４０２は中心空胴３１６の壁に接触している。図１９（ａ）に示すように、最初の回転位置では、リング４０２に存在するスロット４０４、４０６、４０８がすべてのホール３２２と整列している。このように、ホール３２２は封鎖されず、最大流量が確立する。リング４０２が一連の交替回転位置に回転（この場合は時計方向）するにつれて、ホール３２２はリング４０２により漸次覆われる、すなわち、一つの別のホール３２２が各後続回転位置で覆われる。従って、ホール３２２が覆われるにつれてホール流量は益々減少し、所望の流量に達する、各ホールからの流量を同様に調節することにより、全体のガス散布プロフィルを希望に合わせて構成することができる。
【００４７】
無論、図１９（ａ）の調節可能な流れの具体例では、ガスをマニホールドに非対称に注入している。これはホールからの非対称流れを生ずることがある。チャンバ内の非対称汲み上げパターンを補償したいときなど、状況によっては非対称流れパターンが有利なこともある。しかし、開口からの非対称流れが必要ない場合には、図１９（ｂ）に示すように、修正回転可能環状リング４０２’を採用することができる。ここで再び、中心空胴３１６に組み込んだリング４０２’だけを図示してあるが、前述の環状空胴（存在すれば）の各々に同様のリングを組み込むこともできる。この修正リング４０２’４０２’も中心空胴３１６の壁に接触している。図１９（ｂ）に示すように、この最初の回転位置で、スロット４０４’、４０６’、４０８’はすべてのホール３２２と整列し、ホールが封鎖されず、最大流量が確定するようになっている。リング４０２’が回転（この場合には時計方向）するにつれて、各ホール３２２の等しい部分がリング４０２’により漸次覆われる。これにより、各ホールが覆われるにつれて全体の開口流量が次第に減少する。リング４０２’は、所望の流量に達するまで回転する。各ホール３２２の等しい部分がリング４０２’を使用して封鎖されるので、空胴３１６への対称流れパターンが維持される。したがつて、図１９（ｂ）の具体例は、このようなパターンが必要なとき好適である。
【００４８】
ホール３２２、３４４、３４４’に流れ制限又は封鎖インサートを単に採用するだけで、同様の流量調節を得ることができることに注目する。しかし、回転可能な環状リング４０２、４０２’の使用は開口流量を変える一層便利な方法であると信じられており、この方法が好適である。
【００４９】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１８、図１９の具体例に対する別の有益な修正案には、各空胴３１６、３４０、３４０’に別々のガス流入口を設けるものがある。このような修正案は異なるガス又はガスの混合物を各開口３２４、３４６、３４６’から散布することができる。また、ガス又はガス類を異なる圧力でガス散布装置に導入し、それにより各開口３２４、３４６、３４６’からの流量を変える更に他の方法を得ることができる。図２０は、２−スロット具体例を前述の別々のガス流入口を設けるよう修正する方法を示している。わかるとおり、中心空胴３１６は、先の具体例と同様、ガス流入口チャンネル３７０に接続されている。しかし、環状空胴３４０がチャンネル３７０に接続されている代わりに、それは第２のガス流入口チャンネル５０２に接続されている。別々の流入口チャンネル３７０、５０２は、異なるガス（又はガスの混合物）を、異なる圧力で、それぞれ、中心空胴３１６及び環状空胴３４０に導入することができる。従って、それぞれの内側及び外側開口３２４、３２６から散布されるガスの種類の他に、その流量をも別々に制御することができる。環状空胴３４０及び外側マニホールド３４２から中心空胴３１６及び内側マニホールド３２０への、又はその逆の、漏洩を防止するのに、別のシール用Ｏリング５０４、５０６を追加してきた。第１の新しいＯリング５０４は中間部材３０４の棚３３４に隣接する中心部材３０２の第２の環状部分３１０に形成された環状チャンネルに取り付けられている。無論、必要なら、代わりに環状チャンネルを中間部材３０４に形成し、Ｏリング５０４をその中に取り付けることができる。他の新しいシール用Ｏリング５０６は先の具体例の圧縮Ｏリングに替わるものである。この新しいＯリング５０６はシール機能及び先に述べた保持機能の双方を行なう。３個以上の開口がある独立供給ガス散布装置には更に他の新しいガス流入口チャンネル及びシール用Ｏリングが必要になることに注意されたい。しかし、これら新しい特徴の構造及び設置は２−スロット具体例に関して図２０に示すものと同様であり、ここでは詳細な説明を行なわない。
【００５０】
図７（ａ）、図７（ｃ）及び図７（ｅ）の具体例の場合のように、現在の具体例は傾いたスロットアパーチャーを備えてウエハの表面を横断するエッチレイトの最適均一散布を確保することができる（初めの説明を参照）。このような傾斜開口の一部を図２１に示す。便宜上、中心部材３０２の一方の側と中間部材３０４との間の接続部だけを示してあるが、装置のすべての開口が同様の傾斜構造を備えることができる。中間部材３０４の下部の最も内側のエッジの他、中心部材３０２のディスク形状底部３１４の隣接エッジも反対に傾斜して所望の角度を成している。前の具体例のように、開口３２４は図示したように傾く必要はない。必要に応じ、内向き又は外向きのどんな傾斜をも採用することができる。図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１９のマルチスロット具体例における他の開口３４６、３４６’に、同じ又は異なる傾斜を形成し、又は傾斜を全く形成せずに（すなわち、垂直ホール）、同様の傾斜壁を与えることができる。今度も、角度の選択はウエハを横断するエッチレイトを最適にする前述の必要性により決まる。
【００５１】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１７〜図２１の具体例は図８に関連して説明したようなフォーカスリング２７８をも採用できることが注目される。フォーカスリング２７８を単独で使用して、又は開口流量を変えたり傾斜開口を採用したりするような上記に説明した手段と組み合わせて使用して、現在の具体例に関してウエハの表面を横断するエッチレイトの均一性を高めることができる。
【００５２】
セラミック、石英ガラス、又は同様の材料を使用したとき、修正構造を採用することにより、上述のガス散布装置の組立を容易にすることができる。図２２を参照すると、中心部材３０２の第２の環状部分３１０に隣接する内側環状部分３２６のエッジの長さの約３分の２を占める面取りエッジ６０２は、接触部材３０２、３０４の組立を容易にし損傷の危険を減らすことがわかっている。これは部材３０２、３０４の間の前述の接触面が好適には締まり嵌めであるため生ずる。部品間に調心の不良（ミスアラインメント）があれば、組立中に部品同士が引っ掛かる。上に識別したような硬く脆い材料の場合には、部品に力を加えると、この引っ掛かりから損傷が生ずる可能性がある。しかし、面取りエッジ６０２は、部品組立の際、部品を位置合わせしやすくする傾斜導入部を作り、引っ掛かりの問題を未然に防止する。エッジ６０４の残りの面取りの無い部分は中心に心合わせする部品間の必要な接触面となり、上に説明したように、それらを互いに対して位置合わせする。同様の面取りエッジ（図示せず）は図１６（ａ）、図１６（ｂ）の２−スロットの具体例の中間部材３０４の外側環状部分３３６に隣接する外側部材３０６の上部３４８に及び図１８の３−スロットの具体例の中間部材３０４の外側環状部分３３６に隣接する中間部材３０４’の内側環状部分３２６’にも好適である。同様の面取りエッジは３個以上のスロットアパーチャーのあるガス散布装置の追加中間部間にも同様に好適である。最後に、金属製又は重合材料製ガス散布装置の適応性のため、面取りエッジは損傷防止に不必要であると信じられているが、その使用は組立プロセスを容易にし、磨耗を最小にするのにやはり好適である。
【００５３】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１７（今説明したばかりの面取りエッジを取り入れている）の具体例は数万個のウエハの処理を含む広汎な試験を受けてきた。これら試験された具体例は現在なお稼働中であり、磨耗の兆候なく安定な性能を示している。試験は典型的プラズマリアクタチャンバに現在採用されている従来型ガス散布プレートに比較して本発明のこれら具体例に実現されている消耗材の寿命が長いこと及びコストの低いことを明らかに実証している。
【００５４】
想像し得るように、特に図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１８のマルチスロットの具体例の場合、反応チャンバのシーリングの実質的部分はガス散布装置で置き換えられている。先に識別したセラミック、石英ガラス、又は重合材料を使用すれば、これはシーリングの前述の部分が導電性ではなくなり、シーリング接地平面の部分になることを意味している。しかし、これにも拘らず、結合効果のようなプラズマ特性は、少なくとも、全体の直径が約５．５インチの２−スロットの試験的な具体例を使用するときは影響を受けないことがわかっている。前述の試験済具体例から得られた経験に基づき、ガス散布装置の非導電材料はプラズマに重大な影響を及ぼさないようだと信じられている。従って、更に直径の大きい装置でもプラズマに大きく影響しないはずである。
【００５５】
用途によっては、陽極処理アルミニウムから作ったガス散布装置を使用する方が望ましいことがある。この場合には及びチャンバのシーリングも陽極処理アルミニウムで形成されている場合には、図１６（ａ）、図１６（ｂ）並びに図１７〜図２２の具体例と関連して説明した外側部材３０６を省略することが可能である。外側部材を使用する代わりに、ガス散布装置を収容するチャンバリッドのホールをその場所を占めるように修正する。具体的には、ホールの周辺を外側部材の内側エッジの段付き構成に合うように修正することができる。このとき中間部材（又は単一スロット装置を採用する場合には中心部材）を修正リッド内に直接取り付ける。
【００５６】
前述のセラミック、石英ガラス、又は重合材料を採用している図１６（ａ）、図１６（ｂ）並びに図１７〜図２２の具体例に対する別の変形としては、中心部材、又はその一部を導電性にすることが挙げられる。このような変形は、中心部材の導電部分をプラズマ性能試験やプラズマの属性を検知する試験を行なうセンサの部分として使用することができる。即ち、中心部材が、中心部材の導電性の部分に接続したチャンバの内部に形成されるプラズマの性質ないし属性を検知するための手段を備えていてもよい。従って、この目的に典型的に使用されているプローブが不要になり、正常動作中のリアクタの性能特性に対して影響を及ぼす可能性のある、チャンバの内部に関するアクセスポートも不要である。
【００５７】
本発明を、その好適な具体例を具体的に参照して詳細に説明してきたが、その変形案及び修正案を本発明の範囲から逸脱せずに行い得ることが理解されよう。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明のガスインジェクションスリットノズルは、従来型のガス散布プレートに複数の長所を組合せたものであり、従来型のガス散布プレートと比較してノズルの数が少ないにもかかわらず、これに匹敵するエッチレイトの均一性及び設計の融通性を実現し、同時に、サイクル寿命を従来型ガス散布プレートの何倍にもしている。これにより、消耗材料を取り替える際の生産中断時間の頻度が減り、処理量が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のガス散布スロット形ノズルの第１の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図であり、（ｂ）は、本発明のガス散布スロット形ノズルの第２の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図であり、（ｃ）は、本発明のガス散布スロット形ノズルの第３の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図であり、（ｄ）は、図１（ｃ）に対応する垂直スロット形ノズルを備えている具体例の断面図である。
【図２】本発明のガス散布スロット形ノズルの第４の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図である。
【図３】本発明のガス散布スロット形ノズルの第５の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明のガス散布スロット形ノズルの第６の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に対応した垂直スロット形ノズルを備えている具体例の断面図である。
【図５】図４（ａ）のガス散布スロット形ノズルの一部の分解斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明のガス散布スロット形ノズルの第７の具体例を備えたプラズマリアクタのシーリングの断面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に対応する垂直スロット形ノズルを備えている具体例の断面図である。
【図７】（ａ）は、図１（ｃ）に対応する本発明の単一スロット「リッド内部」具体例の上インサート形式の拡大断面図であり、（ｂ）は、図１（ｄ）に対応する本発明の単一スロット「リッド内部」具体例の上インサート形式の拡大断面図であり、（ｃ）は、図７（ａ）の具体例の２−スリット形式の断面図であり、（ｄ）は、図７（ｂ）の具体例の２−スリット形式の断面図であり、（ｅ）は、図７（ｃ）の具体例の３−スリット形式の断面図であり、（ｆ）は、図７（ｄ）の具体例の３−スリット形式の断面図であり、（ｇ）は、図７（ｄ）の具体例の封鎖板組立体の中心ディスクの斜視図である。
【図８】図７（ａ）の具体例を設置したプラズマリアクタのほぼ全体の断面図である。
【図９】ウエハ表面を横断するエッチ進度の均一性を、図７（ｂ）のガス散布スロット形ノズルの直径の関数として示すグラフである。
【図１０】異なる直径の複数のスロット形ノズルの組合せの、ウエハ表面を横断するエッチレイトの均一性への影響を示すグラフである。
【図１１】フォーカスリング付き（白い正方形の線）及びフォーカスリング無し（黒い正方形の線）の場合のウエハ表面を横断するエッチレイトを比較するグラフである。
【図１２】本発明の一局面による円形スロット形ノズルの下面図である。
【図１３】複数の個別の弓形の部分を備えた本発明の他の特徴によるスロット形ノズルの下面図である。
【図１４】複数の弓形の部分に分割し得る蛇行曲線形状を有する本発明のまた別の特徴によるスロット状ノズルの下面図である。
【図１５】図１４のスロット状ノズルを区分する方法及び部分をＭＥＲＩＥプラズマリアクタの外部磁石に対して向きを決める方法を示す。
【図１６】（ａ）は、本発明の２−スロット「リッド内部」具体例の他の上インサート形式の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の２−スロットの具体例の分解斜視図である。
【図１７】図１６（ｂ）の具体例に関連する本発明の単一スロット「リッド内部」具体例の上インサート形式の断面図である。
【図１８】図１６（ａ）〜図１６（ｂ）の具体例に関する本発明の３−スロット「リッド内部」具体例の上インサート形式の断面図である。
【図１９】（ａ）は、非対称回転可能封鎖リングを取り入れている、図１６（ａ）〜図１６（ｂ）、図１７又は図１８の具体例の一形式によるガス散布装置の中心部材の上面図であり、（ｂ）は、非対称回転可能封鎖リングを取り入れている、図１６（ａ）〜図１６（ｂ）、図１７又は図１８の具体例の他の形式によるガス散布装置の中心部材の上面図である。
【図２０】中心空胴及び環状空胴にガスを別々に供給する図１６（ａ）〜図１６（ｂ）の２−スロット具体例の別の形式の断面図である。
【図２１】傾斜スロット形ホールを取り入れている、図１６（ａ）〜図１６（ｂ）、図１７又は図１８の具体例の一形式によるガス散布装置の一部の断面図である。
【図２２】組立てを容易にする面取りエッジを取り入れた、図１６（ａ）〜図１６（ｂ）、図１７又は図１８の具体例の一形式によるガス散布装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
１０…リッド、１０ａ…シーリング面、１５…ガスインジェクション通路、２０…封鎖板、２５…円形開口、３５…環状反射板、４０…ガス通路ライナ、４２…円筒形上部ライナ、４４…中間ライナ、４６…下ライナ、５０…ディスク、６０…スロットアパーチャー、６９…封鎖板組立体、８０…ノズル、８５…ノズル、２００…チャンバハウジング、２１０…ウエハペデスタル、２２０…半導体ウエハ、２３０…ＲＦコイルアンテナ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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