JP2010505265A - フォトレジスト剥離および金属エッチング後パッシベーション用の高チャンバ温度プロセスおよびチャンバ設計 - Google Patents
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Abstract
パッシベーションする、かつ／または半導体基板上に形成されたフォトレジスト層を剥離するための真空チャンバ。このチャンバは内部チャンバボディを含み、内部チャンバボディは、基板を取り囲むための空洞を形成し、内部チャンバボディの中を延びて空洞に至る複数のガス通路と、内部チャンバボディを加熱するための１つまたは複数のヒータとを有する。内部チャンバボディは、内部チャンバの側面を間に間隙がある状態で取り囲む外部チャンバボディ上に、摺動可能に取り付けられる。この装置はまた、空洞からガスをポンプ吸排するように動作する排気ユニットと、内部チャンバボディの上面を間に間隙がある状態で覆うように内部チャンバボディ上に取り付けられ、ガス通路と流体連通する開口を有する、チャンバ天部と、ガスを励起してプラズマ状態にするように動作し、空洞と流体連通することができるように開口に結合されるプラズマ源とを含む。
Description
集積回路は、パターン化されたマイクロエレクトロニクス層が上に形成されたウェーハまたは基板から形成される。集積回路を製作するプロセスでは、それらのパターン化層を先に堆積されたブランケット層から形成するためのマスク層として、パターン化されたフォトレジスト層を使用するのが一般的である。パターン化された層の１層を基板上に形成した後、対応するフォトレジスト層をストリッパチャンバまたはアッシャ内で基板から除去してから、次のプロセスに進むことができる。
フォトレジスト剥離は、半導体製造ファウンドリにおいて頻繁に使用されるので、ストリッパまたはストリッパチャンバは、基板製造コスト全体を低減させるために、非常に短いプロセス時間、すなわち高スループットを有するように設計される。したがって、下流のプラズマストリッパチャンバの性能はしばしば、単位時間当たりのフォトレジスト除去速度として定義されるその剥離速度によって決まる。剥離速度により、基板がプラズマにどれだけ長く暴露されるかが決まる。ストリッパチャンバ内のプラズマが、基板上のさまざまな回路に損傷を与える恐れがあるため、イオン化ガスに対する基板の露出時間を、剥離速度を増加させることによって最小限に抑えることが好ましい。以後、イオン化ガスおよびプラズマという語は、区別なく使用される。
図１は、ストリッパチャンバの下流チャンバ１００の概略図を示す。図示のように、剥離すべきフォトレジスト層を有する基板１０４を、ウェーハヒータチャック１０６により保持することができる。プロセスガスが、プラズマ源により励起されてプラズマ１０８になって、チャンバ壁１０２に開いた開口１１０を通ってチャンバ１００内に入ることができ、そこから１つまたは複数のバッフルまたはディフューザ１１２に開いた穴を通過する。バッフル１１２は、基板表面でのガス流均一性を向上させるようにガスを分散させることができる。一般に、各バッフルは複数の穴１２２を含むことができる。図２は、図１のバッフル１１２のうち１つの平面図を示す。剥離均一性および剥離速度は、バッフル構成に大いに依存し得る。バッフルに開いた穴１２２のサイズおよび位置は、基板表面でのガス流の均一性を高めるように決定することができる。例えば、図２に示すように、バッフル１１２の中心からの距離が大きくなるに伴って、穴１２２のサイズを増大させることができる。というのも、バッフル１１２の中心の方が縁部よりも多くのガス流を受けることができるためである。ガスを分散させるための別の設計では、シャワーヘッドを使用することができる。しかし、シャワーヘッドに開いた穴の数およびサイズは、一般に背圧を形成するようなものである。背圧の形成により、シャワーヘッドの上方でガス流が減速して、流体力学的効率が減少し得る。
チャンバ１００の剥離速度には、いくつかの要因によって悪影響が及ぶことがある。例えば、ガスまたはプラズマ１０８は、開口１１０を通って流れると、膨張してチャンバ内のより広い空間を満たす。この膨張により、ガス温度が減少することがある。剥離速度は、チャンバ温度および／または基板温度が増加するにつれて増加することが可能なので、ガス膨張により減少することがある。さらに、ガスは、バッフル１１２を通過するとき、その熱エネルギーの一部をバッフル１１２に伝達し、それにより、剥離速度が同じ理由で減少する。さらに、チャンバ内に再循環領域１２０が形成されることがある。再循環領域１２０内の流れの滞留時間は、ガスラジカルまたはイオン種の一部が再結合して中性種になるのに十分なほど長いことがある。再結合過程により、発熱反応エネルギーが発生することがあり、それが、チャンバ壁１０２およびバッフル１１２に伝達されることがある。また、プラズマと共に穴１２２を通過することがある中性種は、フォトレジスト層の除去に寄与することはできない。
チャンバ１００を加熱するために、（図１に示す）複数のヒータ１１６をチャンバ壁１０２内に取り付けることができる。一般に、従来型のストリッパチャンバのヒータは、チャンバ温度を、単に壁面堆積を防止するためのレベルに維持するのに使用され、その結果、チャンバ温度は比較的低く維持される。しかし、ストリッパチャンバが、ガス温度を増加させ、それにより剥離速度を高めるという目的で加熱される場合、ストリップチャンバには、広範囲にわたる加熱装置、ならびに半導体産業装置安全要件（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｓａｆｅｔｙ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）、または略してＳＥＭＩ Ｓ２を満足させるための、チャンバ壁上に取り付けられる複雑な冷却機構および／または熱絶縁物１１８が必要である。ＳＥＭＩ Ｓ２は、人間オペレータの安全のために、外壁温度が６０℃未満であるように求めている。絶縁物１１８用の材料は、クリーンルーム適合性があるものを選択することができ、すなわちこの材料は粒子を発するべきではない。例えば、チャンバボディを一般的な工業用ガラス繊維断熱シートまたはブランケットで単に巻くことは許容されない。そうした要件により一般に、よりコストのかかる絶縁材料および／または複雑な冷却機構を選択することになり、それによりチャンバ設計の全体的な複雑さおよび製造コストが増す。したがって、剥離速度を高めるために高温ガスをもたらし、安全要件をコスト効率よく満足させることができる新しいストリッパチャンバが必要とされている。
一実施形態では、ガスを基板に供給するための真空チャンバが、内部チャンバボディを含み、内部チャンバボディは、基板を取り囲むための空洞を形成し、内部チャンバボディの中を延びて空洞に至る複数のガス通路と、内部チャンバボディを加熱するための１つまたは複数のヒータとを有する。内部チャンバボディは、内部チャンバの外面を間に間隙がある状態で取り囲むように構成される外部チャンバボディ上に、摺動可能に取り付けられる。排気ユニットが、空洞からガスをポンピングし、内部チャンバボディ上に取り付けられるチャンバ天部が、内部チャンバボディの上面を間に間隙がある状態で覆い、ガス通路と流体連通する開口を有し、プラズマ源がガスを励起し、空洞と流体連通することができるように開口に結合される。
別の実施形態では、ガスを基板に供給するための真空チャンバが、内部チャンバボディを含み、内部チャンバボディは、基板を取り囲むための空洞を形成し、開口と、内部チャンバボディを加熱するための１つまたは複数のヒータとを有し、真空チャンバはさらに、ガス分配構成部品を含み、ガス分配構成部品は、内部チャンバ上に摺動可能に取り付けられ、開口に嵌合する突出部を有し、ガス分配構成部品の中を延びて空洞に至る複数のガス通路を含む。内部チャンバボディは、内部チャンバの外面を間に間隙がある状態で取り囲むように構成される外部チャンバボディ上に、摺動可能に取り付けられる。排気ユニットが、空洞からガスをポンピングし、チャンバ天部が、ガス分配構成部品上に取り付けられて、それに固定され、内部チャンバボディの上面を間に間隙がある状態で覆うように構成され、ガス通路と流体連通する開口を有し、プラズマ源がガスを励起し、空洞と流体連通することができるようにチャンバ天部の開口に結合される。
チャンバ内に配置された基板上のフォトレジストの剥離速度を増加させるためのストリッパチャンバについて説明する。いくつかの実施形態は、とりわけ、ガス分配構成部品を含むことができ、ガス分配構成部品は、非常に狭い表面積がガスに露出し、また、その中に形成された複数のガス通路を含む。ガスは、複数のガス通路を通過するとき扇形に広がる。ストリッパチャンバは、ガスをさらに扇形に広げ、それにより基板表面全体にわたって均一に分配されたガス流をもたらすためのドーム形空洞を形成する内部チャンバボディを含むこともできる。「ドーム形」空洞は、好ましくは、基板から離れた方向に減少する幅または直径を有し、すなわち空洞は、円錐形、半球形、凹形、または他の形状とすることができる。
ガスを使用する剥離またはアッシングプロセスでは、ガスが高流量および高圧を有し、その結果、下流ストリッパチャンバの開口に大きなガス速度が生じ得る。いくつかの応用例では、参照によりその全体を本明細書に組み込む、２００５年４月１日出願の係属中の米国特許出願第１１／０９６，８２０号において推定されるように、その速度が最大１７７ｍ／秒に達することがある。
図３は、符号３００に示す、一実施形態によるガス分散機構を有する一例示的ストリッパチャンバの断面図を示す。図示のように、ストリッパチャンバは、基板３３２をその上に支持するための温度制御チャック３３４と、プロセスガス３０２を励起してプラズマ３０６にするためのプラズマ源３０４と、開口を有し、開口の入口がプラズマ源３０４の出口と整合された温度制御チャンバ天部３０８と、チャンバ天部３０８の下に配置され、基板３３２およびチャック３３４を取り囲み、エリア３４２内に示す流れの再循環および乱流を低減させるために内面が輪郭付けされた上部チャンバドームを含む、内部チャンバボディ３１０と、内部チャンバボディ３１０をその上に取り付けて、内部チャンバボディ３１０の側面を取り囲むための外部チャンバボディ３１４と、排気ユニット３５０とを含むことができる。
プロセスガス３０２は、所期のプロセスに応じて、酸素、窒素、塩素、アルゴン、キセノン、ＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）、およびＣｘＦｙＨｚ（ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１）を含んでよい。プラズマ源３０４は、マイクロ波または高周波をエネルギー源としてよく、その内壁に沿って配置された、好ましくはサファイア製のガス輸送管を含んでよい。イオン化ガス３０６は、チャンバ天部３０８の開口を通過することができるので、熱エネルギーをチャンバ天部３０８に伝達し得る。チャンバ天部３０８は、チャンバ天部３０８から熱エネルギーを除去する１つまたは複数の液体冷却流路３２６を含むことができる。流路３２６を通って流れる液体、好ましくは水の流量および温度は、フィードバック制御システムによって制御することができる。
図３に示すように、内部チャンバボディ３１０の上部中央部分は、エリア３４６内に示すガス分配部を含むことができる。ガス分配部３４６の上面は、プラズマ源３０４によって励起されたプロセスガスが直接内部チャンバボディ３１０内に移ることができるように、チャンバ天部３０８に開いた開口の出口と整合させることができる。ガス分配部３４６は、複数のガス通路３４７を含むことができ、その場合、ガス通路３４７は、ガス通路３４７から出るガスが分散して、均一に扇形に広がるように、形状設定および方向設定することができる。例えば、ガス通路は、通路の軸が支持体３３４上のウェーハ３３２と交差するように角度付けすることができる。ガス分配部３４６によって分散されたガスは、プロセスガスを基板に隣接する領域内に集中させるために、上部チャンバドーム３４２の湾曲した内面により閉じ込めることができる。上部チャンバドーム３４２の輪郭付けされた内面と、ガス通路３４７の出口構成との組合せにより、ガスが矢印３３０で示すように分散され、それにより、均一に分配されたガス流が基板表面に発生する。内部チャンバボディ３１０の下部は、チャック３４０の周辺部を取り囲み、その周辺部から外側に離隔された垂直内壁を含むことができる。円形基板を処理する場合、内部チャンバ３１０の下部は、好ましくは、均一な厚さの円筒壁を備える。内部チャンバボディ３１０は、流れの方向を外部チャンバボディ３１４の中央にある出口３５８に向かって徐々に変更するために、その底部に湾曲した内壁部３４４を含むこともできる。
チャンバ天部３０８、内部チャンバボディ３１０、および外部チャンバボディ３１４は、耐プラズマ材料を使用して製造することができ、その場合、耐プラズマ材料は、金属または非金属材料から形成することができる。１種または複数種の金属を使用して部品が形成される場合、その部品は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼および高ニッケル合金、石英、酸化アルミニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、ならびに／または酸化イットリウムセラミックから形成することができる。任意選択で、金属を使用して製作された部品を、耐プラズマ被覆を用いて腐食に対して保護することができる。一例では、アルミニウムを、その自然表面酸化物が優れた腐食バリアをもたらすため使用することができる。フッ素含有プロセスガスを使用し、ある一定のプロセス条件下にある場合、アルミニウム自然酸化物は、基板上に汚染を生じさせるフッ化アルミニウムの形成を回避するのに十分な保護となることができない。アルミニウム部品上にフッ化アルミニウムが形成しないようにするために、そのような部品の表面に、フッ素化学作用に対して優れた耐性を有する被覆を施与することができる。アルミニウムおよびその合金上での陽極酸化、ならびにプラズマ溶射した酸化アルミニウム、ニッケルめっき、石英、酸化イットリウム、および／または他のセラミック材料などの被覆を、さまざまな化学作用から保護するために使用することができる。
内部チャンバボディ３１０はチャンバ天部３０８と、真空密閉エリアにおいて接触することができる。図４は、真空密閉エリアを含む、（図３に示す）円で囲んだエリア３１２の拡大図を示す。図示のように、チャンバ天部３０８と、内部チャンバボディ３１０上に形成された突出段または突出部４０４との間にＯリング４０２を配設して、真空が維持されるのを可能にすることができる。チャンバ天部３０８およびチャンバ底部３１０は、好ましくは、アルミニウム合金などの金属製である。ヒータ３２２は、棒状のカートリッジヒータまたはバンドヒータでよい。突出部４０４もまた、チャンバ天部３０８の底面と金属接触（ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）をする。内部チャンバボディ３１０および天部３０８は、異なる熱膨張を受けることがある。したがって、突出部４０４は、内部チャンバボディ３１０および天部３０８が昇温および冷却するときの、それらの間の熱膨張の不一致のため、天部３０８に対して摺動することがある。金属接触エリアにおいて発生する摺動または摩擦運動は、チャンバ内部に金属粒子を形成することがあり、基板３３２にとって有害となることがある。水処理中の底部３１０から天部３０８への熱伝達を最小限に抑えるために、金属接触エリアを最小限に抑えることが好ましい。突出部４０４は、摺動運動中にＯリング４０２と依然として接触しながらも金属接触エリアを最小限に抑えるように、寸法設定することができる。最小限に抑えられた金属接触エリアは、内部チャンバボディ３１０からチャンバ天部３０８への熱伝達も低減させ、したがって内部チャンバボディ３１０を所望の温度範囲に維持するのに必要な熱電力（ｈｅａｔ ｐｏｗｅｒ）を低減させることができる。内部チャンバボディ３１０とチャンバ天部３０８との間の間隙３１８が、内部チャンバボディ３１０からチャンバ天部３０８への熱伝達の低減を助ける。
好ましい実施形態では、内部チャンバボディ３１０は、外部チャンバボディ３１４の側壁の上部内にある環状陥凹部内で支持される、外側に延びる環状突出部をその上部に含む。図５は、真空密閉エリアとしても機能する金属接触エリアを示す、図３の円で囲んだエリア３２０の拡大図を示す。図示のように、内部チャンバボディ３１０と外部チャンバボディ３１４との間にＯリング５０６を配設して、真空が維持されるのを可能にすることができる。内部チャンバボディ３１０は、外部チャンバボディ３１４をプロセスガスから遮蔽することができ、内部チャンバボディ３１０を、それらの間の間隙３１６によって熱的に絶縁して、外部チャンバボディ３１４への熱伝達を低減し、それにより、１つまたは複数のヒータ３２２による適度の加熱で高温に維持することができる。例えば、連続する抵抗加熱ヒータ、または複数連の離隔された抵抗加熱ヒータを、チャンバボディ３１０内に組み込むことができる。
外部チャンバボディ３１４は、温度制御流体をその中に循環させることなど、任意の適切な機構によって、所望の温度に維持することができ、外部チャンバボディの温度は、好ましくは約６０℃未満に維持される。外部チャンバボディ３１４は、熱除去用に液体を循環させるための１つまたは複数の液体冷却流路３２８を含むことができる。外部チャンバボディ３１４内に機械加工された溝内にポッティングされた（ｐｏｔｔｅｄ）銅配管など、従来型の冷却機構を使用することができ、任意選択で、流路３２８内の水などの冷却液の温度および流量を、フィードバック制御システムによって制御することができる。
内部チャンバボディ３１０の温度は、１つまたは複数の温度センサ３２５によって監視することができる。１つまたは複数の温度センサ３２５は、例えば、熱電対または抵抗温度検知器（ＲＴＤ）でよい。１つまたは複数の温度センサ３２５は、１つまたは複数のヒータ３２２用の１つまたは複数の電源３２４を動作させるコントローラに接続することができ、その場合、１つまたは複数の電源３２４は、フィードバック（または自動）温度制御システムなどの温度調整システムとして機能することができる。一変形形態として、１つまたは複数の電源３２４は、内部チャンバボディ３１０の温度の手動調整を可能にすることができる。
図５に示すように、内部チャンバボディ３１０は、それぞれに対応するピン５０４を収容する１つまたは複数の溝穴５０２によって、外部チャンバボディ３１４と所望の整合で配置することができる。図示のように、溝穴５０２は、内部チャンバ３１０の熱膨張に対応するためにピン５０４よりも大きい。内部チャンバボディ３１０の温度は、動作中に、外部チャンバボディ３１４の温度よりもずっと高くなり得る。例えば、内部チャンバボディ３１０の動作温度は、約２０〜３５０℃の範囲に及び得るが、外部チャンバボディの温度は６０℃未満に維持され得る。
内部チャンバボディが高温時に自由に膨張するのを可能にすると同時に、それを外部チャンバに対して中央にある状態に維持するために、図６の”ａ”に示す整合フィーチャが使用される。図６の”ａ”および”ｂ”はそれぞれ、室温（低温）時、および動作中の高温時の内部チャンバボディ３１０の平面図を示す。室温での取付け中、内部チャンバボディ３１０は、外部チャンバボディ３１４と同じ温度を有し得る。内部チャンバボディ３１０を、外部チャンバボディ３１４上に取り付けて、内部チャンバボディ３１０内に形成された３つの溝穴５０２、および外部チャンバボディ３１４に固定された３つのピン５０４によって、中央に置くことができる。動作中、内部チャンバボディ３１０は、その径方向に外部チャンバボディ３１４よりも大きな熱膨張を受け、それによりピン５０４がそれぞれ、溝穴５０２に沿って摺動し得る。溝穴５０２およびピン５０４は、浮動結合機構を形成して、内部チャンバボディ３１０と外部チャンバボディ３１４との間の熱膨張の不一致による損傷を防止することができ、すなわち、内部チャンバボディを中央にある状態に維持しながら制限のない熱膨張を可能にするために、内部チャンバボディ３１０を外部チャンバボディ３１４上に摺動可能に取り付けることができる。一変形形態として、溝穴を外部チャンバボディ３１４内に形成すると共に、ピンを内部チャンバボディ３１０に固定することができる。任意の適切な数のピンおよび溝穴を、符号３００に示すストリッパチャンバ内で使用しても、他の取付け構成を必要に応じて使用してもよい。
図３および図６に示すように、内部チャンバボディ３１０はガス分配部３４６を含む。ガス分配部３４６は、ガスを扇形に広げるための複数のガス通路３４７を含むことができる。ガスがガス通路３４７を通過するときに扇形に広がるように、ガス通路３４７は、同じまたは異なるサイズの均一または不均一な断面を有してよく、かつ／または通路の軸を、内部チャンバボディ３１０の垂直中心軸から離れて角度付けすることができる。流れ条件および圧力条件、ならびにガスタイプが異なれば、最良の全体的性能を求めて最適化される、異なる通路角度および／または異なるサイズの通路を有する内部チャンバボディを使用することができる。一変形形態として、マイクロ波プラズマ源３０４内で発生した紫外線が基板表面に達するのを最小限に抑える、または達しないようにする角度で、各通路を傾けることができる。別の変形形態として、各ガス通路には、そこから出るガスの円周方向の均一性を向上させるために、その出口端部にフレアを付けることができる。ガス通路３４７の直径および数は、それが基板３３２全体にわたって均一なガス分配をもたらすが、プラズマ源３０４内に多量の背圧を形成しないように選択することができる。図６では、例示のため１３個のガス通路しか示されていない。しかし、ガス通路３４７の数、サイズ、および位置は、チャンバ３１０内にイオン化プロセスガスの所望の分配をもたらすように調整することができる。ガス通路のより詳細な情報は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／０９６，８２０号から入手することができる。
図３を再度参照すると、ガスは、排気ユニット３５０によって出口ポート３５８を通じて抜き取ることができる。チャンバのポンピングは、基板３３２上のフォトレジストの剥離速度に影響を及ぼすことがある。均一なポンピングを行うために、出口ポート３５８を、外部チャンバボディ３１４の底部で中央に配置することができる。排気ユニット３５０は、遮断弁３５２、および真空ポンプ３５６に結合された絞り弁３５４を含むことができる。
符号３００に示すストリッパチャンバは、剥離プロセスに加えて、金属エッチング後プロセスを実施するために使用することができる。パッシベーションと呼ばれる金属エッチング後プロセスでは、チャンバ３００は、新たにエッチングされた基板の腐食コントローラとして動作することができる。例えば、基板３３２上のアルミニウム層を塩素含有プロセスガスでプラズマエッチングした後、基板３３２上のＣｌ２などの残留エッチングガスを、それが基板３３２上の金属層を攻撃しないように、できる限り迅速に中和させる必要があり得る。水蒸気プラズマまたは単に水蒸気がパッシベーションに使用されるように、水蒸気をプラズマ源３０４を通じて、プラズマ源電力を用いて、または用いずに導入することができる。内部チャンバボディ温度の増加により、剥離速度、およびそのようなパッシベーションの効果が向上し得ることが分かっている。例えば、内部チャンバボディ温度が１５０℃から３００℃に増加すると、剥離速度が２０％向上され得る。そのような温度増加は、欠陥のある基板の数を５０％よりも多く低減させることができる。理論に束縛されることは望まないが、この向上は２つの影響に基づくと考えられる。第１に、ガス分子が熱い表面につきにくいので、内部チャンバボディ３１０の表面上でのラジカルの再結合割合が、より高い表面温度時の方がより低くなり得る。第２に、バルクプラズマ温度の増加が、剥離速度およびパッシベーションに影響を及ぼし得る。より熱いプラズマの方が、剥離プロセス中にはフォトレジスト、またはパッシベーション中には（アルミニウムなどの）金属である材料の表面での反応速度を高めることができる。
大きなフォトレジスト剥離速度を達成するために、高電力プラズマ源（例えば６ｋＷ）を、大きなプロセスガス流量（６〜８リットル／分）と共に使用することが望ましい場合がある。ガス分配部３４６は、プラズマ源３０４の出口に隣接して配置することができるので、過熱され、内部チャンバボディ３１０の他の部分よりも早く腐食するため損傷を受ける恐れがある。一実施形態では、ガス分配部３４６は、維持管理のために交換することができるように、内部チャンバボディ３１０の残りから分離される。図７は、図３の符号３００に示すストリッパチャンバの一代替実施形態７００の断面図を示す。図示のように、符号７００に示すストリッパチャンバは、基板７３８をその上に支持するための温度制御チャック７４０と、プロセスガス７０２を励起してプラズマ７０６にし、それらに限定されないがマイクロ波または高周波をエネルギー源とする供給源であるプラズマ源７０４と、中央開口を有し、開口の入口がプラズマ源７０４の出口と整合されたチャンバ天部７０８と、チャンバ天部７０８に固定され、複数のガス通路７４２がその中に形成されたガスインジェクタまたはガス分配構成部品７１２と、ガス分配構成部品７１２の下に配置され、流れの再循環および乱流を低減させるために流線形の内面を有する上部チャンバドーム、ならびに基板７３８および支持体７４０を支持体７４０の円周方向に取り囲む側面部を含む内部チャンバボディ７１０と、内部チャンバボディ７１０をその上に摺動可能に取り付けて、内部チャンバボディ７１０の側面を取り囲むための外部チャンバボディ７３０とを含む。
チャンバ天部７０８に開いた開口の出口は、ガス通路７４２の入口と流体連通する。ガス通路７４２は、ガス通路から出るガスが分散して、均一に扇形に広がるように、ガス分配構成部品７１２の中心線から離れて角度付けすることができる。ガス通路７４２の構成、サイズ、および数は、図６の”ａ”のガス通路３４７の構成、サイズ、および数に類似してよい。例えば、ガス通路７４２のサイズは、ガス分配構成部品７１２の中心からの距離が大きくなるに伴って増大してよい。しかし、ガス通路７４２の数、サイズ、および位置を、どんな所望の構成で設けてもよいことが明らかであろう。
符号３００（図３）に示すストリッパチャンバと同様に、ガス分配構成部品７１２、チャンバ天部７０８、内部チャンバボディ７１０、および外部チャンバボディ７３０は、耐プラズマ材料を使用して製造することができ、その場合、耐プラズマ材料は、金属または非金属材料から形成することができる。１種または複数種の金属を使用してガス分配構成部品７１２が形成される場合、ガス分配構成部品７１２は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼および高ニッケル合金、石英、酸化アルミニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、ならびに／または酸化イットリウムセラミックから形成することができる。また、ガス分配構成部品７１２は、腐食に対して保護するために耐プラズマ被覆を有することもでき、その場合、被覆材料は、図３に示す実施形態において先に論じた被覆材料と類似してよい。ガス分配構成部品７１２の中央部は、実質的に平坦な円板形状を有することができる。しかし、ガス分配構成部品７１２は、他の適切な形状を有してもよい。ガス分配構成部品７１２のより詳細な説明は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／０９６，８２０号から入手することができる。
ガス分配構成部品７１２は、ねじまたはボルトなどの適切な締結具７１６の使用により、チャンバ天部７０８の底面にしっかりと取り付けることができる。プラズマ源７０４は内部チャンバボディ７１０と、ガスがガス通路７４２を通って下流に内部チャンバボディ７１０まで輸送されるように、ガス分配構成部品７１２を通じて連通することができる。プロセスガスからガス分配構成部品７１２に伝達される熱エネルギーをチャンバ天部７０８に効率的に伝導することができ、それによりガス分配構成部品７１２の過熱を抑制することができるように、ガス分配構成部品７１２の上面の大部分がチャンバ天部７０８と接触してよい。真空密閉用に、チャンバ天部７０８とガス分配構成部品７１２との間にＯリング７１４を配設することができる。チャンバ天部７０８は、１つまたは複数の液体冷却流路７２８を含むことができ、その場合、水などの冷却液の流量および温度を、フィードバック制御システムによって制御することができる。
上記で論じたように、ガス分配構成部品７１２およびチャンバ天部７０８は、比較的広い接触エリアを有する。それらは締結具７１６によって互いに固定されているが、熱膨張のわずかな不一致がそれらの間に生じることがあり、その結果、合わせ面間に摩擦が生じることがある。上記で論じたように、摩擦により金属粒子が形成することがある。Ｏリング７１４の内側で表面の摩擦を回避するために、真空Ｏリング７１４の内側で対向する表面間に小さな間隙７２１を導入することができ、その場合、Ｏリング７１４は、Ｏリングの外側の接触面間で発生することがある金属粒子を遮断することができる。
ガス分配構成部品７１２の温度が、符号７００に示すストリッパチャンバの剥離速度に影響を及ぼし得ることに留意されたい。例えば、ガス分配構成部品７１２の表面上でのガスラジカルの再結合割合は、表面の温度によって変わり得る。符号１００（図１）に示す下流チャンバでは、バッフル１１２のサイズのため、バッフル１１２の温度を調節することが困難なことがある。バッフル１１２の温度が時間的に変わるとき、プロセス結果が基板ごとに異なることがある。各バッフルの温度を一様に維持することも困難なことがある。図１に示すチャンバの場合、各バッフル１１２の温度は、バッフルの中央でより高いことがある。というのも、このエリアがプラズマ源の出口の直接下にあり、バッフルの他のエリアよりも多くの熱負荷を受けるためである。不均一な温度プロファイルにより、バッフル表面に不均一なラジカル再結合効率がもたらされることがあり、それによりその過程がさらに複雑になる。対照的に、ガス分配構成部品７１２は、従来型のバッフル１１２よりも大幅に小さな径方向寸法を有することができ、それにより、ガス分配構成部品７１２の径方向に沿ったその温度分布の均一性が高まって、時間的な温度変動が低減し得る。
内部チャンバボディ７１０は、上部チャンバドームを含むことができ、その場合、ドームの上部が、ガス分配構成部品７１２の底部段部または突出部を収容するための開口を有する。ガス分配構成部品７１２によって分散されたガスは、上部チャンバドームの内面によって閉じ込めて、さらに膨張することができる。内部チャンバボディ７１０はガス分配構成部品７１２と、真空密閉エリアにおいて金属接触することができる。図８は、真空密閉エリアを含む、（図７に示す）円で囲んだエリア７２０の拡大図を示す。図示のように、内部チャンバボディ７１０とガス分配構成部品７１２上に形成された突出部８０４との間に、Ｏリング８０２を配設することができる。図４に関連して論じたように、金属接触エリアは、金属粒子の形成、およびガス分配構成部品７１２と内部チャンバボディ７０８との間の熱伝達を低減させるために、最小限に抑えることができる。間隙７２３を使用して、内部チャンバボディ７１０と、チャンバ天部７０８との間、ならびにガス分配構成部品７１２との間の熱伝達を低減させることができる。
内部チャンバボディ７１０は外部チャンバボディ７３０上に、真空密閉エリア７２６において取り付けることができる。真空密閉エリア７２６の構造上および機能上の特徴は、図３のエリア３２０の構造上および機能上の特徴と同じでよい。内部チャンバボディ７１０は、１つまたは複数の電源７２４に結合された１つまたは複数のヒータ７２２によって加熱することができる。１つまたは複数のヒータ７２２は、１つまたは複数の棒状のカートリッジヒータまたはバンドヒータでよい。内部チャンバボディ７１０の温度は、１つまたは複数の温度センサ７２５によって監視することができる。温度センサ７２５は、１つまたは複数の電源７２４が温度センサ読取値に応答して活性化され、それにより自動温度制御システムをもたらすことができるように、コントローラと協働する。一変形形態として、１つまたは複数の電源７２４は、内部チャンバボディ温度の手動調整を可能にすることができる。
符号３００に示すストリッパチャンバの場合と同様に、外部チャンバボディ７３０の温度は、安全のために、６０℃など、所定のレベル未満に維持され得るが、内部チャンバボディ７１０の温度は、最大３５０℃まで達し得る。内部チャンバボディと外部チャンバボディとの間の熱伝達を最小限に抑えるために、それらの間に間隙７３４を設けることができる。また、外部チャンバボディ７３０は、その温度を制御するために、１つまたは複数の液体冷却流路７３２を含むことができる。内部チャンバボディ７１０は、外部チャンバボディ７３０の同様に形状設定された部分から間隙によって分離された、ガス流方向を排気ポート７５０に向かって徐々に進路変更するための湾曲した底部７３３を含むことができる。プロセスガスおよび副生成物を、排気ポート７５０を通じて、排気ポート７５０に結合された排気ユニット７５８によって抜き取ることができる。排気ユニット７５８は、遮断弁７５２、および真空ポンプ７５６に結合された絞り弁７５４を含むことができる。
以上、本発明を詳細に、その特定の実施形態に即して説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更および修正を行い、等価物を使用できることが、当業者には明らかであろう。
Claims (23)
- 真空チャンバに取付け可能であり、プロセスガスを半導体基板に供給するためのガス分配部材であって、
内部チャンバボディであって、その外面と前記真空チャンバの内面との間に間隙がある状態で、前記真空チャンバ上に摺動可能に支持されるように構成された当該内部チャンバボディと、
前記内部チャンバボディの上部分の中を延びる複数のガス通路であって、プロセスガスを前記半導体基板に向かって前記真空チャンバ内に誘導するように適合された当該複数のガス通路と、
前記基板を覆っていて、前記基板により近い位置でより広くなる空間内に前記プロセスガスを閉じ込めるように適合されたドーム形の内面と、
を備えることを特徴とするガス分配部材。 - 前記複数のガス通路の少なくとも一部は、その軸が前記基板の露出面と交差するように角度付けされることを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 前記内部チャンバボディによって支持され、前記内部チャンバボディを要求温度に加熱するように動作可能な１つまたは複数のヒータをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のガス分配部材。
- 前記内部チャンバボディの温度を監視するための１つまたは複数の温度センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 前記内部チャンバボディが金属体であり、前記金属体が、前記真空チャンバのチャンバ天部と金属接触および真空密閉を形成する突出部を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 前記ボディが、メインボディと、前記複数のガス通路が配置された上部板とを備え、前記メインボディがその上壁に開いた開口を含み、前記上壁が前記開口を取り囲む真空密閉面を含み、前記上部板が、前記複数のガス通路を取り囲む真空密閉面と、前記上部板の前記真空密閉面と前記メインボディの前記真空密閉面との間に真空密閉を形成するように、それらの間に嵌められたＯリングとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のガス分配部材。
- 上部真空密閉面と下部真空密閉面とを備え、前記上部真空密閉面が前記複数のガス通路を取り囲み、前記真空チャンバの上壁の下面と真空密閉を形成するように適合され、前記下部真空面が前記ガス分配部材の外側側壁を取り囲み、前記真空チャンバの側壁の上部分の上面と真空密閉を形成するように適合されることを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 上壁と、側壁と、底壁とを備え、前記上壁がその外周に向かって増加する厚さを有し、前記側壁がその上部でより大きい厚さを有し、前記底壁が、前記真空チャンバの底部にある基板支持体がそこに嵌まることができるように前記ガス分配部材が前記真空チャンバ内に下ろされるのを可能にするようにサイズが設定された中央開口をその中に有することを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 前記複数のガス通路が、第１のゾーンに配置された入口、および前記第１のゾーンよりも面積が広い第２のゾーンに配置された出口を有し、前記第２のゾーンが、前記真空チャンバ内で処理すべき基板の露出面の面積の５０％以下の面積にわたって広がり、前記ガス出口が、内側ガス出口がプロセスガスを前記基板の中央領域に向かって誘導し、外側ガス出口がプロセスガスを前記基板の外側領域に向かって誘導するように方向付けされていることを特徴とする請求項１に記載のガス分配部材。
- 請求項１に記載の部材を備える真空チャンバであって、
前記内部チャンバボディをその上に摺動可能に取り付けるように適合され、前記内部チャンバの側面をそれとの間に間隙をもって取り囲むように構成された外部チャンバボディと、
前記真空チャンバから前記ガスをポンピングするように動作する排気ユニットと、
前記内部チャンバボディの上面それとの間に間隙をもって覆うように、前記内部チャンバボディに対して摺動可能に取り付けられ、前記複数のガス通路と流体連通する開口を有するチャンバ天部と、
プロセスガスを励起するように動作し、前記チャンバ天部に開いた前記開口と流体連通することができるように前記開口に結合されるプラズマ源と、
を備えることを特徴とする真空チャンバ。 - 前記外部チャンバボディが、前記外部チャンバボディから熱を除去するために、冷却流体の流れをその中に通すための少なくとも１つの流路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の真空チャンバ。
- 前記流路を通る前記冷却流体の流量を制御するためのフィードバック制御システムをさらに備えることを特徴とする、請求項１１に記載の真空チャンバ。
- １つまたは複数の温度センサに結合され、前記内部チャンバボディの温度の自動調整を行う温度調整システムをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の真空チャンバ。
- 前記温度調整システムが前記内部チャンバボディの温度を、２０〜５０℃、５０〜１００℃、１００〜１５０℃、１５０〜２００℃、２００〜２５０℃、２５０〜３００℃、または３００〜３５０℃の範囲内に維持することを特徴とする請求項１３に記載の真空チャンバ。
- 前記内部チャンバボディが前記外部チャンバボディ上に、複数の溝穴およびピンによって位置決めされ、前記溝穴がそれぞれ、前記内部チャンバボディの径方向に沿って延び、前記内部チャンバボディ内に形成され、かつ、それに沿って対応するピンが摺動するのを可能にするように構成され、前記ピンが前記外部チャンバボディに固定されることを特徴とする請求項１０に記載の真空チャンバ。
- 前記内部チャンバボディが前記外部チャンバボディ上に、複数の溝穴およびピンによって位置決めされ、前記溝穴がそれぞれ、前記内部チャンバボディの径方向に沿って延び、前記外部チャンバボディ内に形成され、かち、それに沿って対応するピンが摺動するのを可能にするように構成され、前記ピンが前記内部チャンバボディに固定されることを特徴とする請求項１０に記載の真空チャンバ。
- 前記チャンバ天部が、前記チャンバ天部から熱エネルギーを除去するために、冷却流体の流れをその中に通すための少なくとも１つの流路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の真空チャンバ。
- 前記流路の中に冷却流体を循環させる温度制御流体循環と協働するように動作可能なフィードバック制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の真空チャンバ。
- 半導体基板を処理する方法であって、
請求項１０に記載の真空チャンバ内に半導体基板を支持すること、
前記プラズマ源の使用によりプラズマを発生させること、および
前記半導体基板を前記プラズマで処理すること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体基板がウェーハであり、前記処理することが、前記ウェーハ上のフォトレジスト層を剥離するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 前記半導体基板がウェーハであり、前記処理することが、金属エッチング後パッシベーションを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 請求項１４に記載のチャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、前記半導体基板の暴露面をプラズマ処理することの間に、前記温度調整システムが前記内部チャンバボディの温度を、２０〜５０℃、５０〜１００℃、１００〜１５０℃、１５０〜２００℃、２００〜２５０℃、２５０〜３００℃、または３００〜３５０℃の範囲内に維持することを特徴とする方法。
- 前記半導体基板がウェーハであり、前記プラズマ処理することが、前記ウェーハからフォトレジスト層を剥離することを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
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