JP2009532873A - 汚染を低減したガス注入システム及びその使用方法 - Google Patents

汚染を低減したガス注入システム及びその使用方法 Download PDF

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Abstract

ガス注入システムは加工チェンバーに加工ガスを分配する拡散器を含む。本ガス注入システムを、腐食性加工ガスを含むポリシリコンエッチングシステムで用いてもよい。

Description

本願発明は真空加工システムのためのガス分配システムに関し、より詳細には真空加工システムに加工ガスを導入するためのガス分配システムに関する。
本出願は２００６年３月３０日に出願した米国特許出願番号第１１／３９２，９４９号に基づきその優先権を主張する。該出願の全体を参照により完全に本願に援用する。
半導体加工の最中に、（ドライ）プラズマエッチング加工を利用して、シリコン基板に形成した微細な線に沿って又はビア若しくはコンタクトの内部で、物質を除去即ちエッチングすることができる。プラズマエッチング加工は一般に、パターンを形成した保護マスク層（例えばフォトレジスト層）を表面に有する半導体基板を、加工チェンバーに配置することを伴う。
基板をチェンバーの内部に配置したら、イオン化ガスと解離性ガスの混合ガスを、チェンバーに、既定の流入率で導入する。同時に真空ポンプが働き、雰囲気加工圧を保つ。その後、無線周波数（ＲＦ）の電力の（誘導性若しくは容量性の）伝送又は例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いたマイクロ波の電力の伝送により加熱された電子により、内部の微量のガス種がイオン化すると、プラズマが形成される。また、加熱された電子は、雰囲気ガス種のいくらかの種を解離させるのに役立ち、暴露した表面をエッチングする化学反応に適した反応性の種を生成するのに役立つ。
プラズマが形成されると、基板の選択した表面がプラズマによりエッチングされる。この加工は適切な状態を得るために調整される。適切な状態とは、基板の選択した領域に様々な機能（例えばトレンチ、ビア、コンタクト等）をエッチングするために望ましい反応物質とイオンの集団の適切な濃度を含む。エッチングを必要とするこのような基板材料は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、低誘電率（即ちｌｏｗ−ｋ）誘電物質、ポリシリコン、及び窒化シリコンを含む。
加工ガスの化学反応は、基板の表面でエッチング加工を促進するように選択されている一方で、加工チェンバーの内部の表面に厳しい環境をもたらす。加工ガスは腐食性のガスを含むことがある。これは加工チェンバーの部品に有害でありうるし、基盤の汚染につながる可能性がある。これにより集積回路（ＩＣ）の製造における歩留まりが悪化してしまう。
本願発明は、基盤を処理するためのシステムに関し、加工ガスを用いて基盤を処理するためのシステムに関する。
１つの実施例により、腐食性ガスを用いて基盤にエッチング加工を実行するための処理システムを記載する。これにより、基盤上に加工ガスを均一に分配しつつ、基盤への汚染を最小化するために、腐食性ガスを拡散するためのガス分配システムを設計する。
別の実施例により、加工空間を含む加工チェンバーを含む処理システムを記載する。加工ガス供給システムは加工チェンバーと流体連結しており、加工ガスの流れを加工チェンバーに導入するように構成される。ガス分配システムは加工チェンバーと結合し、並びに、入口を通して加工ガスの流れを受け取り、及び、プレナム中の加工ガスの流れを加工空間と流体連結する複数の開口に分配するように構成される。ガス分配システムは、ガス分配システムの入口に位置し、加工ガスの流れの運動量をプレナム中に拡散させるように構成される、加工ガス拡散器を含む。保持器が加工チェンバーに結合し、基板を加工チェンバー内で加工ガスに曝すために支持するように構成される。真空ポンプシステムが加工チェンバーに結合し、加工チェンバーから排気するように構成される。
後述の記載において、説明の目的は限定ではない。個別の詳細を述べるが（例えば、真空又はプラズマ加工システムの特定の形状並びに種々の部品の記載）、本発明を、これら個別の詳細とは異なる他の実施例において実施してもよいということを理解しなければならない。
材料加工の方法論において、パターンのエッチングは、フォトレジストのような感光性物質の薄い層を、基板の上面に塗ることを含む。次にこの層はマスクとなるパターンを付加され、これにより、エッチングにおいてその下の材料にこのパターンを転写する。感光性物質にパターンを付加することは、一般に、次の工程を含む。まず感光性物質を、レチクル（及び関連する光学系）を通して照射源に露出する。ここで例えばマイクロリソグラフィーシステムを用いる。次に感光性物質の照射を受けた部分（ポジティブフォトレジストの場合）又は照射を受けなかった部分（ネガティブフォトレジストの場合）を取り除く。この際に現像溶媒を用いる。
例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示す通り、パターン２を有する感光性物質の層３（例えばパターンを付加したフォトレジスト）を含むマスクを用いて、基板５の上の薄膜４（例えば多結晶シリコン（ポリシリコン）の層）のような材料に機能パターンを転写することができる。パターン２を薄膜４に転写する際に、例えばドライプラズマエッチングを用いる。これにより機能６（例えばポリシリコンゲート）を形成する。エッチングが終わると、マスク３を取り除く。通常、ドライエッチング加工は腐食性の加工ガス（例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＮＦ３等のハロゲンを含むガス）の使用を含む。発明者は、このようなガスを用いると、ガス分配システムから粒子汚染が生じうることを観察した。典型的には、ガス分配システムの内部キャビティはベアメタルの表面を含み、これはこのような加工ガスによって腐食されうる。
１つの実施例によれば、図２に示すプラズマ加工システム１は、プラズマ加工チェンバー１０、基板保持器２０（その上に加工対象の基板２５を備え付ける）、真空ポンプシステム５０を含む。基板２５は、半導体の基板、ウェハー又は液晶ディスプレイでありうる。プラズマ加工チェンバー１０は、基板２５の表面の近くの加工空間４５にプラズマを生成するように構成されうる。イオン化ガス又は加工ガスの混合を、ガス分配システム４０を通して導入する。ガス分配システム４０は、汚染物質を基板２５に導入することを削減する又は最小化するように構成される。ある加工ガスの流れに対して、加工圧は、真空ポンプシステム５０を用いて調節される。プラズマを用いて、既定の材料加工に特有の物質を生成し、及び／又は、基板２５の露出した表面から物質を取り除くことを助けることができる。プラズマ加工システム１ａは、いかなる所望の寸法の基板（例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又はより大きい基板）でも加工するように構成することができる。
基板２５を、基板保持器２０に、取付システム２８を用いて取付けることができる。取付システム２８は、例えば機械的取付システム又は電気的取付システム（例えば静電取付システム）である。更に、基板保持器２０は、加熱システム（図示していない）又は冷却システム（図示していない）を含むことができる。加熱システム又は冷却システムは、基板保持器２０及び基板２５の温度を調整及び／又は制御するように構成される。加熱システム又は冷却システムは、熱伝導流体の再循環する流れを含んでもよい。熱伝導流体は基板保持器２０から熱を受け取り、熱を熱交換システム（図示していない）に伝達する（冷却の場合）。又は、熱伝導流体は、熱を熱交換システムから基板保持器２０に伝達する（加熱の場合）。別の実施例では、加熱／冷却要素（例えば抵抗性加熱要素又は熱―電気加熱器／冷却器要素）を、基板保持器２０、プラズマ加工チェンバー１０のチェンバー壁、及びプラズマ加工システム１ａの内部のいかなる他の部品に含んでもよい。
加えて、熱伝導ガスを基板２５の裏面に供給することができる。これには裏面ガス供給システム２６を用いる。これにより、基板２５と基板保持器２０の間のガスギャップ熱伝導を改善する。このようなシステムを、基板の温度制御が、高められた又は低められた温度で必要な場合に用いることができる。例えば、裏面ガス供給システムは、２区画のガス分配システムを含むことができる。ここでヘリウムのガスギャップ圧を独立に基板２５の中央と端との間で変更できる。
図２に示す実施例では、基板保持器２０は、電極を含むことができる。この電極を通じて、ＲＦ電力が加工空間４５の加工プラズマに伝えられる。例えば、基板保持器２０に、電気的にＲＦ電圧でバイアスをかけることができる。このときにＲＦ発電器３０からのＲＦ電力の伝送を用い、任意でインピーダンス整合網３２を通して基板保持器２０に送る。このＲＦバイアスはプラズマを生成し保持するために電子を熱する役割を果たすことができる。この構成では、システムはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）炉として動作することができる。ここでチェンバー及び上部のガス注入電極は接地面の役割を果たす。ＲＦバイアスの典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの間の値を取りうる。プラズマ加工のためのＲＦシステムは当業者には周知である。
代わりに、ＲＦ電力を基板保持器の電極に複数の周波数で印加する。更に、インピーダンス整合網３２は、プラズマ加工チェンバー１０におけるプラズマへのＲＦ電力の伝送を、反射電力を削減することによって改善できる。整合網のトポロジー（例えばＬ型、π型、Ｔ型等）及び自動制御方法は当業者には周知である。
真空ポンプシステム５０は、ターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができる。これは、約５０００リットル毎秒以上までの速度で排気できる。真空ポンプシステム５０は、チェンバーの圧力を調整するためのゲートバルブを含む。ドライプラズマエッチングのために用いられる従来のプラズマ加工装置では、１０００〜３０００リットル毎秒のＴＭＰを用いることができる。ＴＭＰは低圧（典型的には約５０ｍトルより低い）の加工に有益である。高圧の加工（即ち約１００ｍトルより高い）のためには、機械式ブースターポンプ及びドライ粗引きポンプを用いることができる。更に、チェンバーの圧力を監視するための装置（図示していない）を、プラズマ加工チェンバー１０に結合することができる。この圧力測定装置は、例えば、Ｔｙｐｅ ６２８Ｂ Ｂａｒａｔｒｏｎ（商標）絶対静電容量型圧力計でありうる。これは米国マサチューセッツ州アンドーバーのＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から購入できる。
制御器５５は超小型処理装置、記憶装置、及びデジタルＩ／Ｏポートを含む。制御器５５は、プラズマ加工システム１ａと通信し、入力をアクティベートするのに十分な制御電圧を生成できる。同様に、制御器５５は、プラズマ加工システム１ａからの出力を監視するのに十分な制御電圧を生成できる。更に、制御器５５は、ＲＦ発電器３０、インピーダンス整合網３２、ガス分配システム４０、真空ポンプシステム５０、基板加熱／冷却システム（図示していない）、裏面ガス供給システム２６、及び／又は静電取付システム２８と結合することができ、情報を交換することができる。例えば、記憶装置に格納されているプログラムを用いて、基板２５にプラズマで補助される加工を行うために、加工レシピによって、プラズマ加工システム１ａの前述の要素に対する入力を、アクティベートすることができる。制御器５５の１つの例は、米国テキサス州オースチンのＤＥＬＬ社から入手可能なＤＥＬＬ（登録商標）Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（商標）ワークステーション６１０である。
制御器５５は、プラズマ加工システム１ａに対して局所的に配置することができる。又は、制御器５５は、プラズマ加工システム１ａに対して遠隔に配置することができる。例えば、制御器５５は、プラズマ加工システム１ａと、直接接続、イントラネット、及び／又はインターネットを用いて、データを交換できる。制御器５５は、例えば、顧客の場所（即ちデバイスメーカー等）で、イントラネットに接続できる。又は、制御器５５は、例えば、ベンダーの場所（即ち装置製造業者）で、イントラネットに接続できる。代わりに又は加えて、制御器５５は、インターネットに接続できる。更に、別の計算機（即ち制御器、サーバー、等）が、制御器５５にアクセスして、直接接続、イントラネット、及び／又はインターネットを用いて、データを交換できる。
図３に示す実施例では、プラズマ加工システム１ｂは、図２の実施例と類似することができ、固定の又は機械的に若しくは電気的に回転する磁場システム６０の何れかを更に含む。図２を参照して記載した要素に加えて、これにより潜在的にプラズマの密度を上げ及び／又はプラズマ加工の均一性を向上する。更に、制御器５５は、磁場システム６０に結合することができる。これにより、回転の速度と磁場の強さを制御する。回転する磁場の設計と実装は当業者には周知である。
図４に示す実施例では、プラズマ加工システム１ｃは、図２又は図３の実施例と類似することができ、上位電極７０を更に含むことができる。上位電極７０に、ＲＦ発電器７２からＲＦ電力を、省略可能なインピーダンス整合網７４を通して結合できる。ＲＦ電力を上位電極に印加する際の周波数は、約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲にまたがり得る。加えて、電力を下位電極に印加する際の周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲にまたがり得る。更に、制御器５５は、ＲＦ発電器７２及びインピーダンス整合網７４に結合する。これにより、ＲＦ電力の上位電極への印加を制御する。上位電極の設計と実装は当業者には周知である。上位電極７０及びガス分配システム４０は、図示する通り、同一のチェンバー組立の内部に設計することができる。
図５に示す実施例では、プラズマ加工システム１ｄは、図２又は図３の実施例と類似することができ、誘導コイル８０を更に含むことができる。誘導コイル８０に、ＲＦ発電器８２からＲＦ電力を、省略可能なインピーダンス整合網８４を通して結合できる。ＲＦ電力は、誘導コイル８０から、誘電窓（図示していない）を通ってプラズマ加工空間４５に誘導で接続される。ＲＦ電力を誘導コイル８０に印加する際の周波数は、約１０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲にまたがり得る。同様に、電力をチャック電極に印加する際の周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲にまたがり得る。加えて、穴あきファラデーシールド（図示していない）を用いて、誘導コイル８０とプラズマの間の容量結合を低減することができる。更に、制御器５５は、ＲＦ発電器８２及びインピーダンス整合網８４に結合することができる。これにより、電力の誘導コイル８０への印加を制御する。別の実施例では、誘導コイル８０は、スパイラルコイル又はパンケーキコイルでありうる。これらはトランスフォーマー結合プラズマ炉におけるように上からプラズマ加工空間４５に結合する。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源又はトランスフォーマー結合プラズマ（ＴＣＰ）源の設計と実装は当業者には周知である。
代わりに、プラズマを電子サイクロトロン共鳴を用いて生成することができる。また別の実施例では、ヘリコン波を発射してプラズマを生成する。また別の実施例では、プラズマを伝播する表面波から生成する。前述の各プラズマ源は当業者には周知である。
後述の議論では、加工ガスを真空加工システムに導入するためのガス分配システムを記載する。このガス分配システムは、例えば、図２〜図５に記載のプラズマ加工システム又は図２〜図５のシステムからの特徴のいかなる組み合わせの１つでも有するプラズマ加工システムのいかなる１つにおいても（番号４０で図示するように）活用してもよい。
さて図６Ａ及び図６Ｂを参照し、ガス分配システム１００を１つの実施例により示す。ガス分配システム１００は、加工チェンバーに結合するように構成される。ガス分配システム１００は、加工ガスの流れを加工ガス供給システムからガス供給入口１１０を通して受け取り、加工ガスの流れをプレナム１３２の内部から複数の開口１３８を通して流体連結する加工チェンバー内の加工空間に分配するように構成される。更に、ガス分配システム１００は、加工ガス拡散器１２０を含む。加工ガス拡散器１２０は、ガス分配システム１００の入口１１０に位置する。ここで加工ガス拡散器１２０は、プレナム圧における非均一性を減少させるような仕方で加工ガスを複数の開口１３８の各々に分配するような仕方でプレナム１３２に加工ガスの流れの運動量を拡散するように構成される。
図６Ａに示す通り、ガス分配システム１００は上位組立１４０を含んでもよい。上位組立１４０は加工チェンバーに結合するように構成される。上位組立１４０は、電極組立を含んでもよく、含まなくてもよい。上位組立１４０は、図２、図３及び図５におけるように電気的に接地と接続してもよい。又、上位組立１４０は、図４（番号７０）におけるように電力と接続してもよい。上位組立１４０は、電極組立を含むことができる。電極組立は、第１の板１４２と第２の板１４４を有する。第１の板１４２を通して、ガス供給入口１１０が形成される。第２の板１４４は第１の板１４２に結合する。ここで第１の板１４２と第２の板１４４の結合は、加工ガス拡散器１２０を、第２の板１４４に形成される支持棚１４８と、第１の板１４２の表面１４６の間に保持するように構成される。真空密閉装置、例えばエラストマーのＯリングを用いて、第１の板１４２、第２の板１４４と加工ガス拡散器１２０の間に真空シールを提供してもよい。代わりに、加工ガス拡散器１２０を含む組立１４０は、一体の部品を含んでも良い。
加えて、ガス分配システム１００は、ガス注入システム１３０を含む。ガス注入システム１３０は上位組立１４０に結合する。ガス注入システム１３０は加工ガスの流れを加工ガス拡散器１２０から受け取るように構成される。ガス注入システム１３０はハウジング１３４及びガス分配板１３６を含む。ガス分配板１３６はハウジング１３４に結合する。ここでガス分配板１３６は複数の開口１３８を含む。複数の開口１３８は、プレナム１３２から加工チェンバー内の加工空間への加工ガスの均一な流れを促進する。
図６Ｂに示す通り、加工ガス拡散器１２０は、縁１２９を含む。縁１２９は、第２の板１４４の支持棚１４８により捉えられるように構成される。加工ガス拡散器１２０は、拡散器入口１２２、拡散器出口１２４及び発散路１２６を更に含む。拡散器入口１２２は、ガス供給入口１１０に結合するように構成される。拡散器出口１２４は、ガス注入システム１３０のプレナム１３２に結合するように構成される。発散路１２６は、拡散器入口１２２から、拡散器出口１２４に延長する。発散路１２６は、円錐状の路を含んでもよい。ここで拡散器壁１２８の半角は約２０度以下である。望ましくは、拡散器壁１２８の半角は約１８度以下である。より望ましくは、拡散器壁１２８の半角は約１５度以下である。図６Ｂに示す通り、拡散器出口１２４の出口面積は、拡散器入口１２２の入口面積よりも大きい。出口面積が入口面積の倍大きい場合、ガス分配板１３６への加工ガスの流れの衝撃に関連する圧力回収は４分の１になる。出口面積が入口面積の４倍大きい場合、ガス分配板１３６への加工ガスの流れの衝撃に関連する圧力回収は１６分の１になる。
ガス分配板１３６にある複数の開口１３８は、約１開口から約１０００開口の数に渡ることができる。望ましくは、ガス分配板１３６にある複数の開口１３８は、約１０開口から約１００開口の数に渡ってもよい。ガス分配板１３６は、複数の開口１３８をもって設計することができる。ここで各開口は約０．５ｍｍから約１０ｍｍに渡る直径を有する。望ましくは、ここで各開口は約０．５ｍｍから約２ｍｍに渡る直径を有する。代わりに、ガス分配板１３６は複数の開口１３８をもって設計することができる。ここで各開口は約１ｍｍから約２０ｍｍに渡る長さを有する。望ましくは、ここで各開口は約１ｍｍから約３ｍｍに渡る長さを有する。
加工ガス拡散器１２０を利用することにより、かつ、複数の開口１３８の１つ以上を拡散器出口１２４の直接の向かい側に配置しないことにより、プレナム１３２内部の圧力の変動を減少できる。とりわけ拡散器出口１２４の近辺においてそうである。また、複数の開口１３８を通る加工ガスの均一でない流動の可能性を削減できる。加えて、プレナムの高さを低くしてもよい。また、従来用いていた、プレナム１３２内部に位置する、プレナム１３２の入口面とガス分配板１３６との間のバッフル板を取り除いてもよい。これによりガス注入システム１３０の全般的な厚さを削減できる。ガス注入システム１３０は、誘電性の材料から作成できる。プレナムの高さは約５ｍｍより小さく設計してもよい。望ましくは、プレナムの高さは約３ｍｍより小さく設計できる。
上位組立１４０、加工ガス拡散器１２０及びガス注入システム１３０を含むガス分配システム１００はアルミニウム若しくは陽極酸化アルミニウムのような金属又はセラミックから作成してもよい。これらの部品のいかなる１つも、石英、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイア、炭素、その他、又はこれらの２つ以上のいかなる組み合わせからも作成してよい。加えて、これらの部品のいかなる１つも（例えばこれらの部品の内部表面）、セラミック材料（例えば酸化アルミニウム又は酸化イットリウム）で被膜できる。例えば、これらの部品のいかなる１つも（例えばこれらの部品の内部表面）、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３又はＤｙＯ３を含む材料で被膜してもよい。代わりに、これらの表面を、第３族元素で被膜してもよい。
１つの例では、上位組立１４０は、アルミニウムから作成される。ここで表面を陽極酸化処理してもしなくともよい。上位組立１４０は、電極組立の役に立つことができる。上位組立１４０は、電力源に接続できる。電力源とは例えば無線周波数（ＲＦ）電力源である。ガス注入システム１３０は、誘電性の材料（例えば石英）から作成できる。これにより、上位組立１４０からガス注入システム１３０を通して加工空間中の加工ガスへのＲＦ電力の結合を許可する。加えて、加工ガス拡散器１２０は、誘電性の材料（例えば石英）から作成できる。加工ガスが腐食性のガス（例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＮＦ３等）を含む場合は、加工ガス拡散器１２０及びガス注入システム１３０は、石英から作成できる。これにより、加工チェンバーにおける基板の汚染を最小化する。
さて図７Ａ及び図７Ｂを参照し、ガス分配システム２００を別の実施例により示す。ガス分配システム２００は、図６Ａの実施例に類似することができる。ここで同様の参照番号は同様の部品を示す。ガス分配システム２００は加工チェンバーに結合するように構成される。ガス分配システム２００は、加工ガスの流れを加工ガス供給システムからガス供給入口１１０を通して受け取り、加工ガスの流れをプレナム１３２の内部から複数の開口１３８を通して流体連結する加工チェンバー内の加工空間に分配するように構成される。更に、ガス分配システム２００は、加工ガス拡散器２２０を含む。加工ガス拡散器２２０は、ガス分配システム２００の入口１１０に位置する。ここで加工ガス拡散器２２０は、プレナム圧における非均一性を減少させるような仕方で加工ガスを複数の開口１３８の各々に分配するような仕方でプレナム１３２に加工ガスの流れの運動量を拡散するように構成される。
図７Ｂに示す通り、加工ガス拡散器２２０は、縁２２９を含む。縁２２９は、第２の板１４４の支持棚１４８により捉えられるように構成される。加工ガス拡散器２２０は、拡散器入口２２２、拡散器出口２２４及び発散路２２６を更に含む。拡散器入口２２２は、ガス供給入口１１０に結合するように構成される。拡散器出口２２４は、ガス注入システム１３０のプレナム１３２に結合するように構成される。発散路２２６は、拡散器入口２２２から、拡散器出口２２４に延長する。加工ガス拡散器２２０は、オリフィス板２２８を更に含む。オリフィス板２２８は拡散器出口２２４に位置する１つ以上のオリフィス２２７を有する。発散路２２６は、拡散器入口２２２から、拡散器出口２２４に連続的に変化する断面（図６Ｂにおけるようなもの）を含んでもよい。又は、発散路２２６は、入口部２２３から、出口部２２５に急に変化する断面（図７Ｂにおけるようなもの）を含んでもよい。例えば、入口部２２３の入口直径は、出口部２２５の出口直径に急に拡大する。
さて図８を参照し、ガス分配システム３００を別の実施例により示す。ガス分配システム３００は、加工チェンバーに結合するように構成される。ガス分配システム３００は、加工ガスの流れを加工ガス供給システムからガス供給入口３１０を通して受け取り、加工ガスの流れをプレナム３３２の内部から複数の開口３３８を通して流体連結する加工チェンバー内の加工空間に分配するように構成される。更に、ガス分配システム３００は、加工ガス拡散器３２０を含む。加工ガス拡散器３２０は、ガス分配システム３００の入口３１０に位置する。ここで加工ガス拡散器３２０は、プレナム圧における非均一性を減少させるような仕方で加工ガスを複数の開口３３８の各々に分配するような仕方でプレナム３３２に加工ガスの流れの運動量を拡散するように構成される。
図８に示す通り、ガス分配システム３００は上位組立３４０を含んでもよい。上位組立３４０は加工チェンバーに結合するように構成される。上位組立３４０は、電極組立を含んでもよく、含まなくてもよい。上位組立３４０は、図２、図３及び図５におけるように電気的に接地と接続してもよい。又、上位組立３４０は、図４（番号７０）におけるように電力と接続してもよい。例えば、上位組立３４０は、電極組立を含むことができる。電極組立は、第１の板３４２と第２の板３４４を有する。第１の板３４２を通して、ガス供給入口３１０が形成される。第２の板３４４は第１の板３４２に結合する。ここで第１の板３４２と第２の板３４４の結合は、加工ガス拡散器３２０を、第２の板３４４に形成される支持棚３４８と、第１の板３４２の表面３４６の間に保持するように構成される。真空密閉装置、例えばエラストマーのＯリングを用いて、第１の板３４２、第２の板３４４と加工ガス拡散器３２０の間に真空シールを提供してもよい。代わりに、加工ガス拡散器３２０を含む組立３４０は、一体の部品を含んでも良い。
加えて、ガス分配システム３００は、ガス注入システム３３０を含む。ガス注入システム３３０は上位組立３４０に統合される。ガス注入システム３３０は加工ガスの流れを加工ガス拡散器３２０から受け取るように構成される。ガス注入システム３３０は、第２の板３４４に形成される凹部３３４及びガス分配板３３６を含む。ガス分配板３３６は第２の板３４４に結合する。ここでガス分配板３３６は複数の開口３３８を含む。複数の開口３３８は、プレナム３３２から加工チェンバー内の加工空間への加工ガスの均一な流れを促進する。加工ガス拡散器３２０は図６Ｂに示す加工ガス拡散器１２０を含むことができる。又は加工ガス拡散器３２０は図７Ｂに示す加工ガス拡散器２２０を含んでもよい。
ガス分配板３３６にある複数の開口３３８は、約１開口から約１０００開口の数に渡ることができる。望ましくは、ガス分配板３３６にある複数の開口３３８は、約１０開口から約１００開口の数に渡ってもよい。ガス分配板３３６は、複数の開口３３８をもって設計することができる。ここで各開口は約０．５ｍｍから約１０ｍｍに渡る直径を有する。望ましくは、ここで各開口は約０．５ｍｍから約２ｍｍに渡る直径を有する。代わりに、ガス分配板３３６は複数の開口３３８をもって設計することができる。ここで各開口は約１ｍｍから約２０ｍｍに渡る長さを有する。望ましくは、ここで各開口は約１ｍｍから約３ｍｍに渡る長さを有する。
加工ガス拡散器３２０を利用することにより、かつ、複数の開口３３８の１つ以上を拡散器出口の直接の向かい側に配置しないことにより、プレナム３３２内部の圧力の変動を減少できる。とりわけ拡散器出口の近辺においてそうである。また、複数の開口３３８を通る加工ガスの均一でない流動の可能性を削減できる。加えて、プレナムの高さを低くしてもよい。また、従来用いていた、プレナム３３２内部に位置する、プレナム３３２の入口面とガス分配板３３６との間のバッフル板を取り除いてもよい。これによりガス注入システム３３０の全般的な厚さを削減できる。ガス注入システム３３０は、誘電性の材料から作成してもよい。プレナムの高さは約５ｍｍより小さく設計してもよい。望ましくは、プレナムの高さは約３ｍｍより小さく設計できる。
上位組立３４０、加工ガス拡散器３２０及びガス注入システム３３０を含むガス分配システム３００はアルミニウム若しくは陽極酸化アルミニウムのような金属又はセラミックから作成してもよい。例えば、これらの部品のいかなる１つも、石英、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム、等から作成してよい。加えて、これらの部品のいかなる１つも（例えばこれらの部品の内部表面）、セラミック材料（例えば酸化アルミニウム又は酸化イットリウム）で被膜できる。これらの部品のいかなる１つも（例えばこれらの部品の内部表面）、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＤｙＯ３を含む材料で被膜してもよい。
１つの例では、上位組立３４０は、アルミニウムから作成される。ここで表面を陽極酸化処理してもしなくともよい。上位組立３４０は、電極組立の役に立つことができる。上位組立３４０は、電力源に接続できる。電力源とは例えば無線周波数（ＲＦ）電力源である。ガス分配板３３６は、誘電性の材料（例えば石英）から作成できる。又は、ガス分配板３３６は、アルミニウム又は陽極酸化アルミニウムから作成してもよい。これにより、上位組立３４０から加工空間中の加工ガスへのＲＦ電力の結合を許可する。加えて、加工ガス拡散器３２０は、誘電性の材料（例えば石英）から作成できる。例えば、加工ガスが腐食性のガス（例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＮＦ３等）を含む場合は、加工ガス拡散器３２０は、石英から作成できる。これにより、加工チェンバーにおける基板の汚染を最小化する。また、加工ガスが腐食性のガス（例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＮＦ３等）を含む場合は、ガス分配板３３６及び凹部３３４の内部表面を被膜できる。ガス分配板３３６の複数の開口３３８と整列する複数のスルーホールを有する省略可能な犠牲的ガス分配板３３７を用いてもよい。犠牲的ガス分配板３３７は、石英、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム、等から作成してよい。
本発明の特定の実施例のみを詳細に記載したが、当業者は、本発明の新規な教示及び利点から実質的に離れること無しに、実施例に対する多くの変更が可能であることを容易に理解することになる。従って、すべてのかかる変更は本願の範囲の内部に含まれることが意図されている。
薄膜にパターンをエッチングするための手順の概略を示す図である。 薄膜にパターンをエッチングするための手順の概略を示す図である。 薄膜にパターンをエッチングするための手順の概略を示す図である。 本発明の実施例によるプラズマ加工システムの概略図である。 本発明の別の実施例によるプラズマ加工システムの概略図である。 本発明の別の実施例によるプラズマ加工システムの概略図である。 本発明の別の実施例によるプラズマ加工システムの概略図である。 本発明の別の実施例によるガス分配システムを示す。 本発明の別の実施例によるガス分配システムを示す。 本発明の別の実施例によるガス分配システムを示す。 本発明の別の実施例によるガス分配システムを示す。 本発明の別の実施例によるガス分配システムを示す。

Claims (19)

  1. 加工空間を含む加工チェンバー；
    前記加工チェンバーと流体連結する加工ガス供給システム、ここで前記加工ガス供給システムは、加工ガスの流れを前記加工チェンバーに導入するように構成される；
    前記加工チェンバーと結合するガス分配システム、ここで前記ガス分配システムは、入口を通して前記加工ガスの前記流れを受け取り、かつ、プレナム中の前記加工ガスの前記流れを前記加工空間と流体連結する複数の開口に分配するように構成され、前記ガス分配システムは、加工ガス拡散器を含み、前記加工ガス拡散器は、前記ガス分配システムの前記入口に位置し、かつ、前記加工ガスの前記流れの運動量を前記プレナム中に拡散させるように構成される；
    前記加工チェンバーと結合する保持器、ここで前記保持器は、基板を前記加工チェンバー内で前記加工ガスに曝すために支持するように構成される；及び
    前記加工チェンバーと結合する真空ポンプシステム、ここで前記真空ポンプシステムは、前記加工チェンバーから排気するように構成される；
    を含む処理システム。
  2. 前記加工ガス拡散器は、発散路を含む、請求項１の処理システム、ここで前記発散路は、前記加工ガス供給システムの出口に接続する入口及び前記プレナムに接続する出口を有し、前記発散路の前記出口は、前記入口の開口よりも大きな開口を含む。
  3. 前記発散路は、円錐状の路を含む、請求項２の処理システム、ここで前記円錐状の路は、約２０度以下の半角を有する。
  4. 前記発散路は、円錐状の路を含む、請求項２の処理システム、ここで前記円錐状の路は、約１８度以下の半角を有する。
  5. 前記発散路は、円錐状の路を含む、請求項２の処理システム、ここで前記円錐状の路は、約１５度以下の半角を有する。
  6. 前記加工ガス拡散器は、オリフィス板を前記発散路の前記出口に更に含む、請求項２の処理システム。
  7. 前記発散路は、円筒状入口及び円筒状出口を含む、請求項６の処理システム、ここで前記円筒状入口は入口直径を有し、前記円筒状出口は前記入口直径よりも大きい出口直径を有する。
  8. 前記入口直径は、前記出口直径に急に変化する、請求項７の処理システム。
  9. 前記ガス分配システムの少なくとも１つの内部表面に配置された被膜を更に含む、請求項１の処理システム。
  10. 前記被膜は、陽極酸化処理層である、請求項９の処理システム。
  11. 前記被膜は、少なくとも１つの第３族元素を含む、請求項９の処理システム。
  12. 前記被膜は、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３又はＤｙＯ３を含む材料を含む、請求項９の処理システム。
  13. 前記ガス分配システムは、被膜を有するアルミニウムから形成される、請求項１の処理システム。
  14. 前記ガス分配システムは、石英、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイア、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、又は炭素、若しくはこれらの２つ以上の組み合わせから形成される、請求項１の処理システム。
  15. 前記ガス分配システムは、誘電性の材料から形成される、請求項１の処理システム。
  16. 前記加工チェンバーに接続し、前記保持器の反対側に配置される上位電極を更に含む、請求項１５の処理システム、ここで：
    前記上位電極は、無線周波数（ＲＦ）発電器に接続し、前記ＲＦ発電器からのＲＦ電力を前記加工ガスに結合することにより、前記加工空間にプラズマを形成するように構成され；かつ
    前記ガス分配システムは、前記上位電極と前記保持器の間に配置される。
  17. 前記ガス分配システムは、石英、サファイア、アルミナ、窒化アルミニウム、シリコン、炭化シリコン、又は窒化シリコン、若しくはこれらの２つ以上の組み合わせから形成される、請求項１６の処理システム。
  18. 前記プレナムは、約５ｍｍ以下の高さを有する円筒状の体積を含む、請求項１６の処理システム。
  19. 前記プレナムは、約３ｍｍ以下の高さを有する円筒状の体積を含む、請求項１６の処理システム。
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