JP2005536890A - 体積削減式プラズマ反応器 - Google Patents

Abstract

【課題】体積削減式プラズマ反応器
【解決手段】プラズマ処理システム及びプラズマ処理システムを使用して基板を処理するための方法。本発明の態様は、処理領域（１１９）と開口部（１０７）を含むチャンバ（１０１）と、前記処理領域内でのプラズマプロセスの間にプラズマを生成するように構成され配置されているプラズマ生成システム（１１４）と、前記処理領域内の前記チャンバの中で基板（１０２）を支えるように構成され配置されているチャック（１１１）と、前記チャンバ内に配置されるリング部材（１１２）と、前記リング部材を移動するように構成され配置されている移動アセンブリ（１１３）とを備えるプラズマ処理システム（１００）を提供し、前記リング部材は、前記基板処理中に前記リング部材が前記開口部を塞ぐように前記チャックの周辺部に取り付けられる。

Description

本願は、２００２年８月２６日に出願された米国仮特許出願番号第６０／４０５，７４０号に基づきその利点を引き出し、その全体が参照としてここに組み込まれる。

本発明は、プラズマ処理システムに関し、特に体積削減式プラズマ形成チャンバ付きのプラズマ処理システムに関する。

プラズマ処理システムは、半導体、集積回路、ディスプレイ及び他のデバイスまたは材料の製造及び処理で使用され、半導体基板等の基板から材料を取り除く、あるいは基板上に材料を付着させる。このような装置には多大な資本経費及び営業経費がかかるため、装置または装置を使用する方法における小さな改善も著しい財政的利点につながる場合がある。

本発明は、処理体積を削減するように構成されるプラズマ処理システムを提供する。

このプラズマ処理システムは、処理領域と開口部を含むチャンバと、プラズマ生成システムと、チャックと、リング部材と、リング部材を移動するように構成される移動アセンブリとを備える。チャックは、処理領域内のチャンバの中で基板を支えるように設計される。リング部材は、基板が処理領域で処理されているときに、リング部材が開口部を閉じるまたは塞ぐようにチャックの周辺部に取り付けられる。

本発明の別の態様は、プラズマ処理システムを使用して基板を処理する方法を提供することである。この方法は、可動チャックの上に開口部を通してチャンバ内の基板を置くことと、プラズマ処理領域にチャックを移動することと、リング部材が開口部を閉じるまたは塞ぐように、チャックの周辺部に取り付けられるリング部材を移動することと、処理領域内でプラズマを形成することとを提供する。

以下の説明では、本発明の十分な理解を容易にするため、及び制限ではなく説明のために、プロセスチャンバ、チャック、リング部材等の特有の形状寸法等の特定の詳細が述べられる。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態で実践されてよい。プラズマという用語は、原子、分子及びラジカル等の中性種だけではなく電子、負のイオン及び正のイオンの混合物を指すために使用される。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバアセンブリの概略表現である。図１Ａは、基板をプラズマ処理チャンバアセンブリ１００の中に装填できる、あるいはプラズマ処理チャンバアセンブリ１００から取り出すことができる状態を示す。図１Ｂは、基板が処理領域で処理されている状態を示す。以下の説明では、本発明を図解するために必要なプラズマ処理チャンバアセンブリ１００のそれらの要素が提案されるが、従来の要素も存在できることが理解されるべきである。

プラズマ処理チャンバアセンブリ１００は、基板１０２からプラズマエッチング、及び／または基板１０２上で材料付着を実行するように適合された真空処理チャンバとして機能するチャンバ１０１を備えている。例えば、基板１０２はシリコンウェハ等の半導体基板であってよい。チャンバ１０１は、横桟１０５で接続される上部側壁１０３及び下部側壁１０４を含む。チャンバ１０１は、更にチャンバから放射状に伸張し、部材１０８により切り離される開口部１０６と１０７を含む。開口部１０６はチャンバ１０１をプロセス真空ポンプ（図１Ａと図１Ｂでは図示せず）に接続し、開口部１０６はチャンバ１０１を前処理チャンバ（図１Ａと図１Ｂでは図示せず）に接続してよい。チャンバ１０１は、プラズマ１０９が生成できるプラズマ処理領域１１９も画定する。例えば、チャンバ１０１は、複数の平板の積み重ねから製造することができ、チャンバ１０１、プロセス真空ポンプに近づくチャンバ、及び前処理チャンバ（または転送チャンバ）は同じである。あるいは、それぞれのチャンバは、互いと無関係に製造され、互いに結合されている。後者の構成では、チャンバ１０１の単一の開口部を製造することができ、追加チャンバにチャンバ１０１を結合するときには２つの開口部が形成される。あるいは、後者の構成では、２つの開口部はチャンバ１０１の中に製造できる。

プラズマ処理チャンバアセンブリ１００は、チャック、つまり電極１１１を備えるチャックアセンブリ１１０を更に含む。チャックアセンブリ１１０は、基板１０２を支えるように構成され配置されており、チャンバ１０１内で縦に移動できる。チャックアセンブリ１１０は、プラズマ１０９を形成するため、及び／またはプラズマ１０９内でイオンを引き寄せるため等、電極１１１に電気的なバイアスを結合するために無線周波数（ＲＦ）電源（図示せず）に接続することもできる。

プラズマ処理チャンバアセンブリ１００は、チャックアセンブリ１０の周辺部に取り付けられるリング部材１１２も含む。事実上、リング部材１１２はチャックアセンブリ１１０に固定できる。リング部材１１２は、図１Ａから図１Ｂに図示されているように、チャンバ１０１の壁に対して摺動自在であり、望ましくは、リング部材１１２の外側半径と下部側壁１０４の内側半径の間に適切な隙間が存在する。この特有の実施形態では、リング部材１１２はチャンバ１０１の下部側壁１０４に対して摺動自在であり、円筒形の形式を有する。しかしながら、リング部材１１２は多角形の形式または楕円形の形式を有することもある。また、リング部材１１２は、移動アセンブリ１１３の内部構成部品を真空から隔離しつつ、リング部材１１２が縦に移動できるようにベローズアセンブリを備えることがある移動アセンブリ１１３にしっかりと接続されている。あるいは、移動アセンブリ１１３は、チャックアセンブリ１１０にしっかりと接続できる。リング部材１１２はチャックアセンブリ１１０の一部として製造できる（つまり、ただ１つの材料から製造できる）、あるいはそれは溶接継ぎ手を使用して取り付けることができる。あるいは、リング部材１１２はボルト等の締め金具を使用してチャックアセンブリ１１０に結合することが可能で、それは更にリング部材１２をチャックアセンブリ１１０で塞ぐためのシーリング部材、及び良好な電気接点を提供するために、オプションでスパイラーシールド（Ｓｐｉｒａｓｈｉｅｌｄ）等の電気接点ガスケットを活用できる。いったんリング部材１１２がチャックアセンブリ１１０に固定して取り付けられると、機械駆動システム（図示せず）は移動アセンブリ１１３を作動するために活用することが可能であり、したがってリング部材１１２及びチャックアセンブリ１１０に縦の移動を与えることができる。

プラズマ処理チャンバアセンブリ１００は、電極アセンブリ１１５を含むプラズマ生成システム１１４を更に備える。電極アセンブリ１１５はチャンバ１０１内に配置され、チャックアセンブリ１１０とリング部材１１２の方向を向く上部電極１１６を備える。上部電極１１５は、プロセスガス注入（図示せず）のために複数の穴、つまりシャワーヘッドを有する場合がある。電極アセンブリ１１５はＲＦ電源システム（図示されていない）に電気的に接続されてよい。ＲＦ電源はそこに関連付けられたインピーダンス整合ネットワーク１１７を結合し、電極アセンブリ１１５と関連付けられたプラズマ１０９のインピーダンスをＲＦ電源システムの電源インピーダンスに一致させ、それによりＲＦ電源によって電極１１５及び関連プラズマ１０９に送達されてよい電力のパーセンテージを改善する。

プラズマ処理チャンバアセンブリ１００は、電極アセンブリ１１５の周囲に配置される絶縁体１１８も含み、電極アセンブリ１１５からチャンバ１０１を絶縁する。また、図１Ａから図１Ｂには図示されていないが、プラズマ処理システム１００は、プラズマ１０９を生成するために、ガスをチャンバ１０１内に導入するように構成されるガスソースを更に備えてよい。

前述したように、図１Ｂは、基板が処理領域１１９で処理されている構成におけるプラズマ処理チャンバアセンブリ１００を表す。この構成では、基板１０２が開口部１０７を通してチャック電極１１１の上に置かれた後に、チャックアセンブリ１１０はその処理位置まで上昇している。また、この構成では、リング部材１１２は横桟１０５と部材１０８に当接し、閉じる、つまりそれぞれの接触面で真空シールを形成し、開口部１０７を閉じるまたは塞ぐ。したがって、この構成では、（リング部材１１２が横桟１０５及び部材１０８に対して密封する場合には）リング部材１１２は密封長穴弁としての機能を果たすことができ、小さな体積領域をチャンバ１０１内に制限する。また、チャンバ１０１の体積が削減されるため、チャンバ１０１は大きなビレットのあるいは標準的な板材ストック（ｐｌａｔｅ−ｓｔｏｃｋｓ）から製造することが可能で、チャンバ１０１の壁を覆うためにより少ないチャンバライナを使用できる。

図２は本発明の実施形態によるプラズマ処理システム２００の概略表現である。プラズマ処理システム２００は前処理チャンバ２０１と、プロセス真空ポンプ２０２と、バルブ２０３と、図１Ａから図１Ｂで上述したチャンバアセンブリに類似するプラズマ処理チャンバアセンブリ１００を備える。この実施形態では、前処理チャンバ２０１は開口部１０７を通してチャンバ１０１と直接連通し、プロセス真空ポンプ２０２は開口部１０６を通してチャンバ１０１に接近する。

前処理チャンバ２０１は、チャンバ２０４及びロボット２０５を備える。ロボット真空ポンプ２０６はバルブ２０７を通してチャンバ２０４と連通する。ロボット２０５はロボット機構２０８と、開口部１０７を通ってチャンバ１０１の中に基板１０２を置くように構成、配置されているロボットアーム２０９とを含む。ロボット２０５は、チャンバ１０１内の基板１０２を輸送するためにチャンバ１０１、チャックアセンブリ１１０、及び移動アセンブリ１１３と動作連通してよい。

図２は、基板１０２をチャンバ１０１に装填、またはチャンバ１０１から取り出すことができる構成でのプラズマ処理システム２００を表す。このような構成では、リング部材１１２及びチャックアセンブリ１１０は、図１Ａにも図示されているように下部位置に配置される。しかしながら、基板１０２がチャンバ１０１の中に置かれているとき、チャックアセンブリ１１０とリング部材１１２は点線で示される位置に移動でき、基板１０２は処理領域１１９でプラズマ１０９によって処理できる。この位置では、リング部材１１２は開口部１０７を閉じる、あるいは密封し、横桟１０５と部材１０８の上に当接する。

プロセス真空ポンプ２０２は、バルブ２０３と開口部１０６を通してチャンバ１０１と直接連通する。プロセス真空ポンプ２０２とバルブ２０３は、明確にするために前処理チャンバ２０１の上部に取り付けられて図示されているが、チャンバ１０１の中ほどから取り付けられてもよく、図２に図示されるプラズマ処理システムの構造の下で吊り下げられてもよい。最後に、基板１０２が処理されているとき、結果として生じる小さいプロセスチャンバ１０１はプロセス真空ポンプ２０２によって上部から排出（汲み出し）される。開口部１０６は、基板１０２に平行に、処理領域１１９に近接して平面に置かれるプロセス真空ポンプ２０２の入口（吸気口）への通路を画定する。あるいは、バルブを備える、あるいは備えない１つまたは複数の追加の真空ポンプがプロセス真空ポンプ２０２のようにチャンバ１０１に結合できる。

図３は、本発明の実施形態によるプラズマ処理システム３００の概略平面図である。主要な構成要素は、サブアセンブリのこの配列で識別される。無限数の配列が考えられることが理解される。なお、２つ未満または２つ以上の処理ステーションが反応器設計で使用できる。本発明は、存在するサブアセンブリの設置または数を制限しない。

プラズマ処理システム３００は、前処理チャンバ２０１、プロセス真空ポンプ２０２、カセット３０１、ゲートバルブ３０２、ガスパネル３０３、及び図１Ａから図１Ｂで上述したものに類似するプラズマ処理チャンバアセンブリ１００を備える。

カセット３０１は複数の基板を収容するように構成され配置されており、ゲートバルブ３０２を通して前処理チャンバ２０１と連通する。前処理チャンバ２０１はロボット２０５を備え、ロボット真空ポンプ２０６と連通する。ガスパネル３０３は、プラズマ処理システム３００のチャンバ１０１（図示せず）にガスを組み込むように構成される。

この実施形態では、ロボット２０５はどちらかのチャンバアセンブリ１００と、及びどちらかのカセット３０１と動作連通し、カセット３０１から基板を取り外し、基板をチャンバアセンブリ１００に置く。

現在の、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を先に記載したが、多様な代替策、変型及び同等物は本発明の精神から変化することなく当業者にとって明らかになる。したがって、上記説明は、添付請求項により定められる本発明の範囲を制限すると解釈されてはならない。

本発明の実施形態によるプラズマ処理チャンバアセンブリの概略図である。 本発明の実施形態によるプラズマ処理チャンバアセンブリの概略図である。 本発明の実施形態によるプラズマ処理システムの概略図である。 本発明の実施形態によるプラズマ処理システムの概略平面図である。

Claims (24)

1. 処理領域及び開口部を有するチャンバと、
   前記処理領域内でプラズマプロセスの間に、プラズマを生成するように構成され、配置されているプラズマ生成システムと、
   前記チャンバ内の前記処理領域で基板を支えるように構成され、配置されているチャックと、
   前記チャンバ内に配置されているリング部材と、
   前記リング部材を移動するように構成され、配置されている移動アセンブリとを備え、
   前記基板が処理されているときに、前記リング部材が前記開口部を閉じているように、前記リング部材は、前記チャックの周辺部に取り付けられているプラズマ処理システム。
2. 前記チャックが第１の位置にあるときに、前記基板が前記チャンバの中に装填され、前記チャックが第２の位置にあるときに、前記基板が前記処理領域で処理されるように、前記チャックは、前記第１の位置から前記第２の位置へ移動可能である請求項１に記載のプラズマ処理システム。
3. 前記リング部材は、前記チャンバの壁に対して摺動自在である請求項１に記載のプラズマ処理システム。
4. 前記リング部材が前記開口部を閉じるときに、このリング部材が当接するように、前記チャンバ内に配置されている横桟を、更に備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
5. 前記移動アセンブリは、ベローズアセンブリを備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
6. 前記リング部材は、円形、多角形、及び楕円形から構成されるグループから選択される形状を有する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
7. 前記プラズマ生成システムは、ＲＦ電源に接続される電極を備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
8. 前記電極は、プロセスガス注入のための複数の穴を備えている請求項７に記載のプラズマ処理システム。
9. 前記チャンバの中にガスを導入するように構成されているガスソースを、更に備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
10. 前記チャックは、ＲＦ電源に接続されている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
11. 前記チャンバと連通し、このチャンバ内の圧力を制御するように構成され、配置されている真空ポンプを、更に備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
12. 前記真空ポンプは、基板または前記チャックに平行に、且つ前記処理領域に近接する平面内に設けられている前記チャンバの中の通路を通って、前記処理領域と連通する入口を有する請求項１１に記載のプラズマ処理システム。
13. 前記チャンバは、金属板材ストックで構成されている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
14. 前処理チャンバと、
    前記前処理チャンバ内に置かれ、前記開口部を通って前記前処理チャンバから前記チャックまで基板を移動するように構成され、配置されているロボットとを更に備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
15. プラズマ処理システムは、
    前処理チャンバと、
    前記前処理チャンバと連通する真空ポンプと、
    ゲートバルブと、
    基板を収容するためのカセットとを更に具備し、
    前記前処理チャンバは、ロボット機構を備え、前記カセットは、前記ゲートバルブを通して前記前処理チャンバと連通し、前記前処理チャンバは、前記開口部を通って前記チャンバと連通する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
16. 前記リング部材は、前記チャックに固定されており、前記移動部材は、前記リング部材と前記チャックとの両方を動かす請求項１に記載のプラズマ処理システム。
17. 可動チャック上に、開口部を通して、チャンバ内に基板を置くことと、
    プラズマ処理領域を形成するように前記チャックを移動することと、
    リング部材が開口部を閉じるように、前記チャックの周辺部に取り付けられた前記リング部材を移動することと、
    前記処理領域内にプラズマを形成することとを具備する、プラズマ処理システムで基板を処理する方法。
18. 前記リング部材は、ベローズアセンブリを備える移動アセンブリにより動かされる請求項１７に記載の基板を処理する方法。
19. 前記開口部を閉じるように、横桟に前記リング部材を当接することを更に具備する請求項１７に記載の基板を処理する方法。
20. 前記リング部材は、前記チャンバの壁に対して摺動自在である請求項１７に記載の基板を処理する方法。
21. 前記プラズマは、ＲＦ電源に接続される電極を備えているプラズマ生成システムによって形成される請求項１７に記載の基板を処理する方法。
22. 電極内の複数の穴を通してプロセスガスを注入することを更に備える請求項１７に記載の基板を処理する方法。
23. 前記チャンバから材料を排出することと、前記チャンバ内の圧力を制御することとを更に備える請求項１７に記載の基板を処理する方法。
24. 前記排出されることは、チャンバ内の基板に平行に、且つプラズマ処理領域に近接した平面に沿って生ずる請求項２３に記載の基板を処理する方法。

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