JP2012507174A - 低い浸食感度を有するプロセスキット - Google Patents

Abstract

半導体プロセスチャンバ内で使用されるプロセスキットが、本明細書内に提供されている。いくつかの実施形態では、半導体プロセスチャンバ用のプロセスキットは、基板サポートの周辺部の周りにあり、基板サポートの中央領域に対応する開口を画定する側壁を有するように構成される本体を含む。リップは、本体の側壁から開口内へ延び、リップの上面の一部は、処理の間、基板の下に配置されるように構成される。本体の対向する側壁間で測定される第１距離は、開口内に配置される基板の上面を横切る幅よりも少なくとも約７．８７ｍｍ大きい。

Description

背景

（分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体プロセス装置に関し、より具体的には、半導体プロセスチャンバ用プロセスキットに関する。

（関連技術の説明）
プロセスチャンバ内における半導体処理の間、プロセスキットは、基板の周囲に、及び基板サポートの露出面の最上部に配置され、これによって露出面を処理環境（例えば、プロセスチャンバ内で形成されるプラズマ）から保護するかもしれない。その結果、プロセスキットは、プラズマによって浸食されるかもしれない。残念なことに、いくつかのプロセスは、プロセスキットの浸食によって影響される可能性がある。例えば、基板表面近傍で電場の使用を必要とするエッチングプロセスは、プロセスキットの浸食に伴い、基板の周辺エッジ近傍で電場の形状が変化するため、プロセスキットの浸食によって影響されるかもしれない。そのような変化は、例えば、高アスペクト比エッチングプロセスにおいて傾斜角（基板内でエッチングされた構造の垂直線からの角度として画定される）を増加させる等の望まれない結果を引き起こすかもしれない。更に、そのような従来のプロセスキットは、寿命が短く、エッチングプロセスで満足できる結果を維持するためには、頻繁な交換が必要である。

従って、浸食感度が低く、及び／又は寿命を改善したプロセスキットに対する技術的必要性がある。

概要

半導体プロセスチャンバ内で使用されるプロセスキットが、本明細書内に提供される。いくつかの実施形態では、プロセスキットは、基板サポートの周辺部の周りにあり、基板サポートの中央領域に対応する開口を画定する側壁を有するように構成される本体と、本体の側壁から開口内へ延びるリップを含み、リップの上面の一部は、処理の間、基板の下に配置されるように構成され、本体の対向する側壁間で測定される第１距離は、開口内に配置される基板の上面を横切る幅よりも少なくとも約７．８７ｍｍ大きい。いくつかの実施形態では、リップの上面と本体の上面の間で測定される第２距離は、少なくとも約２．３ｍｍである。

本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、従ってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。

本発明のいくつかの実施形態に係るプロセスキットを内部に配置したエッチングリアクタの概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るプロセスキットの部分側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るプロセスキットの上面図を示す。

図面は、明確にするために簡素化され、比例して描かれているわけではない。理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態のいくつかの要素を他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。

詳細な説明

半導体プロセスチャンバ内で使用されるプロセスキットが、本明細書内に提供される。一般に、プロセスキットは、有利なことに、処理の間に基板エッジ近くにより均一な電場を提供し、これによって、望まれない効果（例えば、形状の傾き及び均一性）が減少するかもしれない。本発明のプロセスキットは更に有利なことに、プロセスキットの浸食に対する低い感度を提供し、これによってプロセスキットの寿命を延ばすかもしれない。

本発明によるプロセスキットは、プロセスチャンバ内で基板サポートの最上部に配置されるように構成されるかもしれない。例えば、図１は、本明細書内で議論されるような本発明の実施形態を実施するために使用されるかもしれない種類の例示的なエッチングリアクタ１０２の概略図を示す。リアクタ１０２は、単独で、より具体的には、統合化半導体基板処理システム又はクラスタツール（図示せず、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．）から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）統合化半導体ウェハ処理システム等）の処理モジュールとして使用されるかもしれない。適当なエッチングリアクタ１０２の例は、半導体装置のＤＰＳ（商標名）ライン（例えば、ＤＰＳ（商標名）、ＤＰＳ（商標名）ＩＩ、ＤＰＳ（商標名）ＡＥ、又はＤＰＳ（商標名）Ｇ３ポリエッチャー等）、半導体装置のＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標名）ライン（例えば、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ Ｇ３）、又はアプライドマテリアルズからまた入手可能な他の半導体装置（例えば、ＥＮＡＢＬＥＲ（商標名）、又はＥ−ＭＡＸ（商標名）等の装置）を含む。半導体装置の上記リストは、単なる例示的なものであり、他のエッチングリアクタ及び非エッチング装置（例えば、ＣＶＤリアクタ又は他の半導体処理装置）が、本明細書内で説明されるような本発明のプロセスキットと共に使用されるかもしれない。

リアクタ１０２は、電気的なグラウンド１３４に接続される伝導性のチャンバ壁１３０を有するプロセスチャンバ１１０と、チャンバ壁１３０の外部に配置される少なくとも１つのソレノイド部１１２を含む。チャンバ壁１３０は、チャンバ１１０のクリーニングを促進するセラミックライナー１３１を含む。エッチングプロセスの副生成物及び残留物は、各ウェハが処理された後、すぐにライナー１３１から除去される。ソレノイド部１１２は、最低５Ｖを生成可能なＤＣ電源１５４によって制御される。プロセスチャンバ１１０は、シャワーヘッド１３２から間隔をおいて配置される基板サポート１１６も含む。基板サポート１１６は静電チャック１２６を含み、これによってシャワーヘッド１３２の下に基板１００を保持する。シャワーヘッド１３２は複数のガス分布ゾーンを含んでもよく、これによって様々なガスは、特定のガス分布勾配を用いてチャンバ１１０に供給可能となる。シャワーヘッド１３２は、支持台１１６と対向する上部電極１２８に取り付けられる。電極１２８は、ＲＦ電源１１８に結合される。

静電チャック１２６は、バイアス電源１２２に結合されるマッチングネットワーク１２４を介して、ＤＣ電源１２０及び支持台１１６によって制御される。任意に、電源１２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ電源であってもよい。上部電極１２８は、インピーダンス変成器１１９（例えば、１／４波長マッチングスタブ）を通して、高周波（ＲＦ）電源１１８に結合される。バイアス電源１２２は、一般に５０ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚまでの調整可能な周波数と、０から５０００ワットまでの電力を有するＲＦ信号を生成可能である。電源１１８は、一般に約１６０ＭＨｚの調整可能な周波数と、約０と２０００ワットの間の電力を有するＲＦ信号を生成可能である。チャンバ１１０の内部は、スロットルバルブ１２７を介して真空ポンプ１３６に結合される高真空容器である。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）チャンバ及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）チャンバ等を含む他の形式のプラズマエッチングチャンバが、発明を実施するために使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。

プロセスキット１０６は、支持台１１６の最上部に、及び支持台１１６上に配置される基板１００の周りに配置され、これによって基板１００によって覆われない支持台１１６の表面を保護する。プロセスキット１０６は、シリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）等のような適当な材料で作られるかもしれない。いくつかの実施形態では、プロセスキット１０６は、シリコン（Ｓｉ）で作られたプロセスキットと比べて、プロセスキット寿命を約２５〜約３０パーセント延ばすかもしれない炭化珪素（ＳｉＣ）で作られてもよい。

プロセスキット１０６は、支持台１１６の最上部に配置されたプロセスキット１０６の部分側面図を示す図２において、更なる詳細が示される。プロセスキット１０６は、基板サポート１１６（又は基板サポート１１６の静電チャック１２６）の周辺エッジの最上部に位置するように構成され、基板１００の裏面の下に部分的に配置されるように構成される放射状に内側に延びるリップ２０４を有する本体２０２を含む。本体２０２は、環状であってもよく、又は基板サポート１１６（及びその上で支持される基板１００）の形状によって指示されるようなどんな適当な形状であってもよい。例えば、基板１００は円形（２００ｍｍ又は３００ｍｍの半導体ウェハ等）であってもよく、又はその代わりに四角（太陽電池又はフラットパネルディスプレイを製造するために使用される基板等）であってもよい。

本体２０２は、プロセスキット１０６の全厚みを画定する下面２１８及び上面２１０を含む。下面２１８は一般に、支持台１１６（又は静電チャック１２６）の対向する面上に位置するように構成され、そのため一般に平面であるかもしれない。上面２１０は、基板１００の上面に実質的に平行であるかもしれず、又は基板１００の上面にある角度で配置されるかもしれない。例えば、処理の間における基板上の汚染を減らすように、上面は傾斜する又は同様に構成されるかもしれない。例えば、プロセス材料が上面２１０上に堆積し、基板１００上に拡散して堆積する時に、汚染が発生するかもしれない。いくつかの実施形態では、上面２１０は、処理の間に上に堆積されるプロセス材料を保持するためにテクスチャリングされてもよい。

本体２０２は、基板サポート１１６の中央領域に対応する開口２０８を画定する内側側壁２０６を含む。例えば、いくつかの実施形態では、直径３００ｍｍの基板用に構成可能なように、開口２０８の直径は、約２９７．６６〜約２９７．７６ｍｍの間にあってもよい。他の直径又は寸法が、異なるサイズ及び／又は幾何学形状の基板に利用されてもよい。いくつかの実施形態では、図２で示されるように、基板サポート１１６の上面（静電チャック１２６の一部等）は、開口２０８内に延びてもよい。異なる基板サポート及び基板構成が利用される本体２０２の他の構成が可能である。

本体２０２は、本体２０２の下部から内側へ放射状に延びるリップ２０４を更に含む。リップ２０４は、基板１００の周辺エッジの下に配置されるように構成される。いくつかの実施形態では、リップ２０４は、本体２０２の側壁２０６から開口２０８内へ延びてもよい。リップ２０４は、リップの上面２１２の一部が、基板１００の周辺エッジの下に配置されるように構成される上面２１２を有する。いくつかの実施形態では、リップ２０４の上面２１２は、基板１００の裏面に接触しないが近くに配置されるように構成される。いくつかの実施形態では、リップ２０４の上面２１２は、基板１００の裏面から約１ミル〜約５ミルの間（例えば、約０．０３〜約０．１３ｍｍの間）離れて配置されるように構成される。

いくつかの実施形態では、リップ２０４は、リップの内側エッジ２１４と本体の内側側壁２０６の間で画定され、少なくとも約５．１４ｍｍの幅を有するかもしれない。他の幅が様々な寸法を有する基板用に利用されるかもしれない。リップ２０４は、基板１００のエッジの下に約１．２７ｍｍまで延びるかもしれない。いくつかの実施形態では、図２に示されるように、ギャップがリップ２１４の内側エッジと静電チャック１２６のエッジの間に存在するかもしれない。いくつかの実施形態では、ギャップは最大約０．１３ｍｍであるかもしれない。

リップ２０４の幅から基板１００と重なる部分を引いた寸法は、プロセスキットの内側側壁２０６と基板１００のエッジ間のギャップ２２０を画定する（これはまた、開口２０８の幅又は直径から基板の幅又は直径を引いた寸法に等しい）。発明者らは、側壁２０６と基板１００のエッジ間により大きなギャップを提供することによって、プロセスキット１０６が浸食されるのに伴い、有利なことに、時間と共により少ない傾斜角の変化が提供されることを発見した。従って、プロセスキットの浸食感度を低くすることによって、プロセスキットの寿命は延びるかもしれない。従って、傾斜角感度は、基板１００の周辺エッジと本体２０２の側壁２０６間の距離を増大させることによって低くなるかもしれない。

例えば、プロセスキット１０６の上面図が、図３Ａに示される。側壁２０６の対向する部分間で測定される第１距離（又は直径）３０２が基板１００の幅（又は直径）３０４を上回るように、プロセスキット１０６は構成されるかもしれない。いくつかの実施形態では、図３Ａで説明されるように、第１距離３０２は、本体２０２の側壁２０６によって画定される円の直径と等しい。いくつかの実施形態では、第１距離３０２は、幅３０４を少なくとも約８ｍｍ上回るかもしれない。いくつかの実施形態では、第１距離３０２は、基板１００の幅３０４を約７．８７〜約８．１３ｍｍ上回るかもしれない。例えば、直径３００ｍｍの基板用に構成されるとき、いくつかの実施形態では、第１距離３０２は、約３０７．８７と約３０８．１３ｍｍ又は約３０８ｍｍの間であるかもしれない。いくつかの実施形態では、図示されるように基板１００がプロセスキット１０６に対して中央に位置すると仮定して、基板１００の周辺エッジと側壁２０６の間の距離は、少なくとも約３．９４ｍｍである。いくつかの実施形態では、基板１００の周辺エッジと側壁２０６の間の距離は、少なくとも約４ｍｍである。

図２に戻って、いくつかの実施形態では、リップ２０４の上面２１２は、本体２０２の上面２１０に実質的に平行であるかもしれない。いくつかの実施形態では、リップ２０４の上面２１２と本体２０２の上面２１０との間の側壁２０６の高さ２１６は、約２．３ｍｍ以上である。いくつかの実施形態では、高さ２１６は、約２．３〜約３．０ｍｍ又は約２．６５ｍｍである。いくつかの実施形態では、高さ２１６は、プロセスキットの寿命を延ばすために最適化されるかもしれない。例えば、発明者らは、高さ２１６を制御することが、プロセスキット１０６によって結果として生じる処理の傾斜角を制御するために利用可能であることを発見した。そのため、高さ２１６は、許容傾斜角性能の範囲を最大にするために最適化されるかもしれない。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスキット１０６は、初期傾斜角（例えば、約０．５度の外方傾斜）を提供するために構成され、これによって時間と共にプロセスキット１０６の浸食が、垂直線を通って、最終的に約０．５度の内方傾斜まで回転する傾斜角を結果として生じるかもしれない。そのため、プロセスキット１０６は、寿命を改善するように構成されるかもしれない。傾斜角の他の範囲もまた、高さ２１６の制御及びプロセスキット１０６の浸食量を監視することによって得られるかもしれない。

更に、上面２１２の幅及び高さ２１６の両方は、プロセスキット１０６の傾斜角性能を最適化するのみならず、エッチングからのプロセスキットの浸食によって、両方とも傾斜角感度が低下するように最適化され、これによってプロセスキット寿命を延ばすかもしれない。
図１に戻って、運転中、基板１００は上部に配置されたプロセスキット１０６によって支持台１１６の上に配置される。チャンバ内部は、ほぼ真空環境まで減圧され、点火されたときプラズマを生成するガス１５０（例えばアルゴン）が、ガスパネル１３８からシャワーヘッド１３２を通ってプロセスチャンバ１１０へ供給される。ガス１５０は、ＲＦ電源１１８から上部電極１２８（陽極）に電力を印加することによって、プロセスチャンバ１１０内で点火されプラズマ１５２になる。磁場がソレノイド部１１２を通ってプラズマ１５２に印加され、支持台１１６は、バイアス電源１２２から電力を印加することによってバイアスが掛けられる。基板１００の処理の間に、エッチングチャンバ１１０内部の圧力は、ガスパネル１３８及びスロットルバルブ１２７を用いて制御される。

プラズマ１５２は、例えば、基板１００内にビア又はトレンチ等の構造をエッチングするために使用されるかもしれない。基板１００がエッチングされると、プロセスキット１０６は基板１００近くの電場の均一性に影響を与え、これによって基板エッジ近くの基板内でエッチングされる構造の傾斜角度に影響を与えるかもしれない。更に、プロセスキット１０６はプラズマ１５２によってエッチングされるのに伴い、これによってプロセスキット１０６内部が浸食される。浸食は、例えば、高さ２１６の減少、側壁２０６のエッチング、及びギャップ２２０の増加等を含むかもしれない。しかしながら、上で議論されたようなプロセスキット１０６は、プロセスキット１０６の浸食に対して低い感度を有し、プロセスキット寿命は増大するかもしれない。

チャンバ壁１３０の温度は、壁の中及び周りに配置される液体含有コンジット（図示せず）を使用して制御される。更に、基板１００の温度は、内部にクーラントを循環させるためのチャネルが形成される冷却板（図示せず）を介して支持台１１６の温度を調節することによって制御される。更に、裏面ガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス）は、ガス源１４８から、基板１００の裏面及び静電チャック１２６の表面内の溝（図示せず）によって形成されるチャネル内へ供給される。ヘリウムガスは、台１１６と基板１００の間の熱伝達を促進するために使用される。静電チャック１２６は、チャック本体内の抵抗ヒーター（図示せず）によって定常状態温度まで加熱され、ヘリウムガスは基板１００の均一加熱を促進する。チャック１２６の熱制御を用いて、基板１００は摂氏１０〜５００度の温度に維持される。

コントローラ１４０は、上述のようなチャンバ１１０の制御を促進するために使用されるかもしれない。コントローラ１４０は、様々なチャンバとサブプロセッサを制御するために工業環境で使用される汎用コンピュータプロセッサのどのような形態のうちの１つであってもよい。コントローラ１４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２、及びＣＰＵ１４４用のサポート回路１４６を含み、エッチングプロセスチャンバ１１０の様々な部品に結合され、これによってエッチングプロセスの制御を促進する。メモリ１４２は、ＣＰＵ１４４に結合される。メモリ１４２又はコンピュータ可読媒体は、すぐに使用可能なメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又は、ローカル又はリモートのデジタル記憶装置における他のすべての形態）のうちの１以上であるかもしれない。サポート回路１４６は、従来の方法でプロセッサを支援するためにＣＰＵ１４４に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、及びサブシステム等を含む。ソフトウェアルーチン１０４は、ＣＰＵ１４４によって実行されるとき、リアクタにプロセス（例えば、エッチングプロセス等）を実行させ、一般にメモリ１４２内に保存される。また、ソフトウェアルーチン１０４は、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウェアから離れて位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって保存され及び／又は実行されるかもしれない。

このように、半導体プロセスチャンバ内で使用されるプロセスキットが本明細書内で提供された。本発明のプロセスキットは、有利なことに、処理の間、基板のエッジ近くにより一様な電場を提供し、これによって望まれない効果（形状の傾斜及び不均一性等）を減らすかもしれない。本発明のプロセスキットは、更に有利なことに、プロセスキットの浸食に対して低い感度を提供し、これによってプロセスキット寿命を延ばすかもしれない。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (12)

1. 基板サポートの周辺部の周りにあり、前記基板サポートの中央領域に対応する開口を画定する側壁を有するように構成される本体と、
   前記本体の前記側壁から前記開口内へ延びるリップを含み、前記リップの上面の一部は、処理の間、基板の下に配置されるように構成され、前記本体の対向する側壁間で測定される第１距離は、前記開口内に配置される基板の上面を横切る幅よりも少なくとも約７．８７ｍｍ大きい半導体プロセスチャンバ用プロセスキット。
2. 前記リップの前記上面と前記本体の上面の間で測定される第２距離は、少なくとも約２．３ｍｍである請求項１記載のプロセスキット。
3. 前記プロセスキットは、直径３００ｍｍの半導体基板と共に使用されるように構成される請求項１記載のプロセスキット。
4. 前記本体とリップは、シリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載のプロセスキット。
5. 前記リップの前記上面の幅は、少なくとも約５．１４ｍｍである請求項１記載のプロセスキット。
6. 前記リップの前記上面と前記本体の上面との間の高さは、少なくとも約２．３ｍｍである請求項５記載のプロセスキット。
7. 基板サポートを内部に配置する半導体プロセスチャンバと、
   前記基板サポートの最上部に配置される前記請求項のいずれか１項内で画定されるようなプロセスキットを含み、これによって前記本体は前記基板サポートの周辺部の周りに配置され、前記開口は、前記基板サポートの中央領域に対応する半導体基板を処理するための装置。
8. 前記プロセスチャンバは、前記プロセスチャンバに結合され、ＲＦ電力を前記プロセスチャンバに供給するために構成されるＲＦ電源を更に含む請求項７記載の装置。
9. 前記プロセスキットは、上に配置される基板の周辺エッジ近傍に、実質的に一様な電場を提供するために構成される請求項８記載の装置。
10. 前記プロセスキットは、内部に配置された基板内の構造を形成する間、約−０．５度〜約０．５度の間の傾斜角感度を提供するために構成される請求項８記載の装置。
11. 前記構造は、前記基板の周辺エッジ近傍に形成される請求項１０記載の装置。
12. 前記構造は、１以上のビア又はトレンチを含むことができる請求項１０記載の装置。

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