JP2013179055A - 対称プラズマ処理チャンバ - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマ均一性制御のための電気的な、ガス流の、及び熱的な対称性を向上させたプラズマ処理装置の提供。
【解決手段】処理領域１０２を囲むチャンバ蓋アセンブリ１１０及びチャンバ本体１４２と、チャンバ本体１４２内に配置された基板支持アセンブリ１６０を含み、チャンバ蓋アセンブリ１１０が、処理ガスを処理領域１０２内へ分配するように構成された中央マニホールド１２０と、処理ガスを処理領域１０２内へ分配するように構成された１以上の外側マニホールド１２２を有する上部電極１１２と、基板支持アセンブリ１６０の中心軸ＣＡの周りに対称的に配置された複数のガスチューブ１２９を介して１以上の外側マニホールド１２２に結合されたリングマニホールド１２８を含む。
【選択図】図１

Description

発明の背景
（発明の分野）
本発明は概して、電極間に印加された高周波電力によってプラズマが励起される基板製造用プラズマ処理装置に関する。より具体的には、本発明は、電気的な、ガス流の、及び熱的な対称性を改良されたプラズマ均一性制御に対して提供するプラズマ処理チャンバに関する。
（関連技術の説明）
フラットパネルディスプレイや集積回路等の電子デバイスは、一般に、層を基板上に堆積し、堆積された材料を所望のパターンにエッチングする一連の処理工程によって製造される。処理工程は、一般的に、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、及び他のプラズマ処理を含む。具体的には、プラズマ処理は、真空チャンバに処理ガス混合物を供給し、電気的又は電磁気的な力（ＲＦ電力）を印加して、処理ガスをプラズマ状態に励起する必要がある。プラズマは、ガス混合物を所望の蒸着又はエッチング処理を行うイオン種に分解する。
プラズマ処理が遭遇する一つの問題は、基板の中心とエッジ領域の間の不均一な処理を引き起こす処理中に、基板表面上に均一なプラズマ密度を確立することに伴う困難性である。均一なプラズマ密度を確立することの難しさの理由の一つは、物理的なプロセスチャンバ設計の非対称性に起因する自然の電気的な、ガス流の、及び熱的な偏り（スキュー）に関与している。このような偏りは当然、方位による不均一なプラズマ密度をもたらすのみならず、中心から端部までのプラズマ均一性を制御するための他の処理変数又は「ノブ」の使用を困難にしている。
したがって、改良されたプラズマ均一性制御のための電気的な、ガス流の、及び熱的な対称性を向上させたプラズマ処理装置に対する必要性が存在する。
本発明の一実施形態では、処理領域を囲む蓋アセンブリ及びチャンバ本体を含むプラズマ処理装置が提供される。基板支持アセンブリは、チャンバ本体内に配置される。チャンバ本体内の排気領域を画定する排気アセンブリが提供される。チャンバ本体は、処理領域を排気領域と流体接続する基板支持アセンブリの中心軸の周りに対称的に配置された複数の通路を含む。基板支持アセンブリは、処理領域及び排気領域から流体的に密閉された中央領域内に配置された下部電極及び支持台を含む。複数のアクセスチューブが、中央領域へのアクセスを提供するためにチャンバ本体を通して配置され、基板支持アセンブリの中心軸周りに対称的に配置されている。
別の一実施形態では、プラズマ処理装置は、処理領域を囲む蓋アセンブリ及びチャンバ本体を含む。基板支持アセンブリは、チャンバ本体内に配置される。蓋アセンブリは、処理ガスを処理領域内に分配するように構成された中央マニホールドと、処理ガスを処理領域内に分配するように構成された１以上の外側マニホールドを有する上部電極を含む。また、蓋アセンブリは、基板支持アセンブリの中心軸周りに対称的に配置された複数のガスチューブを介して、１以上の外側マニホールドに結合されたリングマニホールドを含む。
更に別の一実施形態では、プラズマ処理装置は、処理領域を囲む蓋アセンブリ及びチャンバ本体を含む。基板支持アセンブリは、チャンバ本体内に配置される。上部ライナーは、処理領域を囲むチャンバ本体内に配置される。上部ライナーは、貫通して配置され、基板支持アセンブリの中心軸周りに対称的に配置された複数のスロットを備えた円筒壁を有する。バッキングライナーは、複数のスロットのうちの少なくとも１つを覆う円筒壁に結合される。メッシュライナーは、基板支持アセンブリの周りに環状に配置され、上部ライナーに電気的に結合される。
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、したがってこの範囲を制限し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。
本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。 図１の処理装置の上部電極の概略上面図である。 図１の処理装置の処理領域を囲むチャンバ本体の上部内に配置されている上部ライナーアセンブリの概略斜視図である。 チャンバ本体と上部ライナーアセンブリの一部の部分断面図である。 図１に示される線４−４に沿った処理装置の概略図である。 図１の処理装置を通って延びるアクセスチューブのレイアウトの概略図である。
詳細な説明
前述したように、従来のプラズマシステムの問題は、チャンバ内の非対称性のために均一なプラズマ密度を提供することが困難であることである。本発明の実施形態では、チャンバを通して、極めて対称的な、電気的な、熱的な、及びガス流のコンダクタンスを可能にするチャンバ設計を提供することによって、この問題を軽減する。このような対称性を提供することによって、チャンバ内で形成されたプラズマは、チャンバの処理領域内に配置された基板の表面全体に亘る均一性を自然に改善する。更に、他のチャンバへの追加（例えば、上部電極と下部電極の間や、ガス流入口と被処理基板の間のギャップを操作する機能を提供するなど）は、従来のシステムに比べて、より優れたプラズマ処理の制御と均一性を可能にする大型のプロセスウィンドウを提供する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の概略断面図である。プラズマ処理装置１００は、プラズマエッチングチャンバ、プラズマ化学蒸着チャンバ、物理蒸着チャンバ、プラズマ処理チャンバ、イオン注入チャンバ、又は他の適当な真空処理チャンバが可能である。図１に示されるように、プラズマ処理装置１００は、一般的に、チャンバ蓋アセンブリ１１０、チャンバ本体アセンブリ１４０、排気アセンブリ１９０を含み、これらは総じて処理領域１０２及び排気領域１０４を囲んでいる。実際には、処理ガスは、処理領域１０２内に導入され、ＲＦ電力を用いて点火され、プラズマとなる。基板１０５は基板支持アセンブリ１６０上に配置され、基板１０５上でプラズマ処理（例えば、エッチング、化学蒸着法、物理蒸着法、イオン注入、プラズマアニール、プラズマ処理、軽減処理、又はその他のプラズマ処理）を行うために、処理領域１０２内に生成されたプラズマに曝される。排気領域１０４を介してプラズマ処理から使用済み処理ガスと副産物を除去する排気アセンブリ１９０によって、真空は処理領域１０２内で維持される。
蓋アセンブリ１１０は、一般的に、チャンバ本体アセンブリ１４０によって分離支持される上部電極１１２（又は陽極）と、上部電極１１２を囲むチャンバ蓋１１４を含む。図２は、上部電極１１２の概略上面図である。上部電極１１２は、導電性ガス入口チューブ１２６を介してＲＦ電源１０３に結合される。導電性ガス入口チューブ１２６は、チャンバ本体アセンブリ１４０の中心軸（ＣＡ）と同軸であり、これによってＲＦ電力と処理ガスの両方が対称的に供給される。上部電極１１２は、伝熱板１１８に取り付けられたシャワーヘッド板１１６を含む。シャワーヘッド板１１６、伝熱板１１８、及びガス入口チューブ１２６は全て、ＲＦ導電性材料（アルミニウムやステンレス鋼等）で製造されている。
シャワーヘッド板１１６は、中央マニホールド１２０及び１以上の外側マニホールド１２２を有する。１以上の外側マニホールド１２２は、中央マニホールド１２０を囲んでいる。中央マニホールド１２０は、ガス入口チューブ１２６を介してガス供給源１０６から処理ガスを受け入れ、複数のガス通路１２１を介して受け入れた処理ガスを処理領域１０２の中央部分に分配する。外側マニホールド１２２は処理ガスを受け入れ、ガス供給源１０６から中央マニホールド１２０内に受け入れたものと同一又は異なるガス混合物が可能である。その後、外側マニホールド１２２は、複数のガス通路１２３を介して処理領域１０２の外側部分に受け入れた処理ガスを分配する。マニホールド１２０、１２２はプレナムとして機能し、均一な圧力がそれぞれのマニホールド１２０、１２２に結合した各ガス通路１２１に提供されるのに十分な容積を有する。シャワーヘッド板１１６のデュアルマニホールド構成は、処理領域１０２内へのガスの供給制御の改善を可能にする。例えば、処理領域１０２の中央部、つまり、内部に配置された基板１０５の中央部に供給された処理ガスは、処理領域１０２の外側部、つまり、基板１０５の外側部に供給された処理ガスとは異なる流量及び／又は圧力で導入することができる。従来のシングルマニホールドのバージョンとは対照的に、マルチマニホールドシャワーヘッド板１１６は、中央から端部までの処理結果の制御を強化できる。
図１及び図２を参照すると、ガス供給源１０６からの処理ガスは、入口チューブ１２６の周囲に同心円状に配置されたリングマニホールド１２８内に入口チューブ１２７を介して送られていることが分かる。リングマニホールド１２８から、複数のガスチューブ１２９を介して外側マニホールド１２２へ処理ガスが送られる。一実施形態では、リングマニホールド１２８は、リングマニホールド１２８からガスチューブ１２９内へガスが均等に流れるのを保証するために再帰的なガス通路を含む。リングマニホールド１２８とガスチューブ１２９は、導電性材料（アルミニウムやステンレス鋼等）から製造される。このように、リングマニホールド１２８及びガスチューブ１２９は、潜在的に処理領域１０２内のプラズマの均一性に効果をもたらす上部電極１１２によって提供される電界の偏りを引き起こすＲＦ電流の対称性に影響を及ぼす可能性がある。
電界中でのこのような偏りを防ぐために、ガスチューブ１２９は、処理装置１００を介して垂直に延びる中心軸（ＣＡ）周りに対称に配置される。このように、ガスチューブ１２９は、中心部に位置するリングマニホールド１２８から等間隔の角度（Ａ）で延びており、これによって冷却板１１８を通って外側マニホールド１２２内に処理ガスを供給する。例えば、図２に示される実施形態は、１２０度の角度を隔てた３本のガスチューブ１２９を示している。他の例（図示せず）では、中心軸（ＣＡ）の周りに対称に、つまり互いに等間隔の角度で配置されているならば、より多くの又はより少ないガスチューブ１２９を使用することもできる。リング状のマニホールドを採用し、中心軸（ＣＡ）周りに対称にガスチューブ１２９を配置することによって、上部電極１１２の電気的な対称性が、処理領域１０２内でより均一で整合性のあるプラズマの形成をもたらす点において、従来のシステムよりも大幅に改善される。更に、ガスチューブ１２９の対称的な配置は、外側マニホールド１２２内に均一極座標配列内のガスを提供し、これによって外側マニホールド１２２内で方位的に均一な圧力分布を提供し、その結果、ガス通路１２３を通して処理領域１０２内へ方位的に均一なガス流を提供し、これによって処理の均一性を高める。
熱伝導流体が流体入口チューブ１３０を介して伝熱板１１８に流体源１０９から供給される。流体は、伝熱板１１８内に配置された１以上の流体チャネル１１９を通って循環し、流体出口チューブ１３１を介して流体供給源１０９に戻される。適当な熱伝導流体は、水、水ベースのエチレングリコールの混合物、ペルフルオロポリエーテル（例えば、ガルデン（商標名）流体）、オイルベースの熱伝導流体、又は類似の流体を含む。
流体入口チューブ１３０と流体出口チューブ１３１は、それぞれ非導電性材料（適当なプラスチック材料等）から製造される。このように、チューブ自体は上部電極１１２の電気的対称性には影響を与えない。しかしながら、フィッティング１３２は、導電性材料（アルミニウム又はステンレス鋼等）から製造され、このため偏り効果を引き起こす上部電極１１２の電気的対称性に影響を及ぼす可能性がある。このように、フィッティング１３２と同じ材料から製造され、同じ大きさと形状を有する導電プラグ１３３は、図２に示されるように、中心軸（ＣＡ）周りに対称的に配置され、これによってプラグ１３３及びフィッティング１３２は共に、チャンバ本体アセンブリ１４０の中心軸（ＣＡ）周りにセンタリングされた極座標配列を画定する。導電性プラグ１３３の追加は、上部電極１１２の電気的な対称性を向上させ、処理領域１０２内において従来のシステムで利用可能なものよりもより均一で整合性のあるプラズマ形成をもたらす。
図１に戻って参照すると、チャンバ本体アセンブリ１４０は、処理環境に耐性のある導電性材料（アルミニウム又はステンレス鋼等）から作られたチャンバ本体１４２を含む。基板支持アセンブリ１６０は、チャンバ本体１４２内の中央に配置され、中心軸（ＣＡ）周りに対称的に処理領域１０２内の基板１０５を支持するように配置される。
図３Ａは、処理領域１０２を囲むチャンバ本体１４２の上部内に配置された上部ライナーアセンブリ１４４の概略等角図である。上部ライナーアセンブリ１４４は、導電性のプロセス適合性材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及び／又はイットリア（例えば、イットリアを被覆したアルミニウム）等）から構成することができる。実際には、上部ライナーアセンブリ１４４は、処理領域１０２内のプラズマからチャンバ本体１４２の上部を遮蔽し、定期的なクリーニング及びメンテナンスを可能にするために取り外し可能である。一実施形態では、上部ライナーアセンブリ１４４は、チャンバ内の温度対称性及び処理領域１０２内に供給されるプラズマの対称性を高めるために、例えばＡＣヒーター（図示せず）によって、温度制御される。
図１及び図３Ａを参照すると、チャンバ本体１４２は、上部ライナーアセンブリ１４４の外側フランジ１４５を支持する棚部１４３を含む。上部ライナーアセンブリ１４４の内側フランジ１４６は、上部電極１１２を支持する。絶縁体１１３は、上部ライナーアセンブリ１４４と上部電極１１２との間に配置され、これによってチャンバ本体アセンブリ１４０と上部電極１１２との間の電気的絶縁を提供する。
上部ライナーアセンブリ１４４は、内側及び外側フランジ（１４６、１４５）、底壁１４８、及び内壁１４９に取り付けられた外壁１４７を含む。外壁１４７及び内壁１４９は、実質的に垂直な円筒形の壁である。外壁１４７は、処理領域１０２内のプラズマからチャンバ本体１４２を遮蔽するように配置され、内壁１４９は、処理領域１０２内のプラズマから基板支持アセンブリ１６０の側面を少なくとも部分的に遮蔽するように配置されている。底壁１４８は、本明細書内で続いて説明される排気通路１８９が形成された一部の領域を除いて、内壁及び外壁（１４９、１４７）に結合される。
図１に戻って参照すると、処理領域１０２は、基板支持アセンブリ１６０から／への基板１０５の出し入れを可能にするチャンバ本体１４２内に配置されたスリットバルブトンネル１４１を介してアクセスされる。上部ライナーアセンブリ１４４は、スリットバルブトンネル１４１に一致する貫通して配置されたスロット１５０を有する。チャンバ本体アセンブリ１４０は、スリットバルブトンネル１４１及びスロット１５０を密閉するためにスリットバルブドア１５３を垂直方向に拡張し、基板１０５の通過を可能にするために、スリットバルブドア１５３を垂直方向に格納するように配置され構成されたアクチュエータ１５２を含むスリットバルブドアアセンブリ１５１を含む。図面の混乱を最小限にするために、スリットバルブドアアセンブリ１５１及びその部品は、図１内でハッチングされていない。スリットバルブドア１５３は、ライナー内での電気的対称性の増加を提供するために、上部ライナーアセンブリ１４４の材料（例えば、イットリアを被覆したアルミニウム）と実質的に一致する材料で構成することができる。一実施形態では、スリットバルブドア１５３は、処理領域１０２内の熱的対称性の向上を提供するために、上部ライナーアセンブリ１４４の温度と一致するように、例えば、ＡＣヒータ（図示せず）によって、温度制御される。
図３Ａを参照すると、スロット１５０の大きさ及び形状に実質的に一致した追加のスロット１５４が、上部ライナーアセンブリ１４４を介して配置されている。スロット１５４は、中心軸（ＣＡ）周りで対称的に上部ライナーアセンブリ１４４を介して配置されている。例えば、図３Ａに示されるように、２つのスロット１５４が、スロット１５０から１２０度の角度で配置され、これによってスロット１５０及びスロット１５４は、中心軸（ＣＡ）周りに極座標配列を形成する。スロット１５４は、スロット１５０の存在に起因して上部ライナーアセンブリ１４４内に存在する電流密度及び／又は分布の変化を補正するために、上部ライナーアセンブリ１４４の周りで対称的に配置される。また、スロット１５０及び１５４は、チャンバ内に改善された電気的対称性を提供するために、それぞれのガスチューブ１２９に沿って配置することができる。
図３Ｂは、チャンバ本体１４２及び上部ライナーアセンブリ１４４の一部分の部分断面図である。上部ライナーアセンブリ１４４のスロット１５４に取り付けられ、これを覆うバッキングライナー１５５を設けてもよい。バッキングライナー１５５は、スリットバルブドア１５３を模倣した大きさ、形状、材料から構成されている。また、バッキングライナー１５５は、上部ライナーアセンブリ１４４と導電接触し、上部ライナーアセンブリ１４４と電気的及び熱的接触を維持する。このように、バッキングライナー１５５は、従来のシステムで利用可能なものよりも、処理領域１０２内においてより均一なプラズマ密度を可能にするために、上部ライナーアセンブリ１４４の周りに電気的のみならず熱的対称性を更に提供する。
図４は、明確にするために基板１０５を取り除いた、図１に示される線４−４に沿って取られた処理装置１００の模式図である。図１及び図４を参照すると、基板支持アセンブリ１６０は、チャンバ本体アセンブリ１４０の中心領域１５６内の中央に配置され、中心軸（ＣＡ）を共有している。つまり、中心軸（ＣＡ）は、基板支持アセンブリ１６０の中心を垂直に通る。基板サポートアセンブリ１６０は、一般的に、下部電極１６１（又はカソード）と中心軸（ＣＡ）が中心を通過する中空台座１６２を含み、中心領域１５６内に配置され、チャンバ本体１４２によって支持された中央支持部材１５７によって支持される。中心軸（ＣＡ）は、中央支持部材１５７の中心も通る。下部電極１６１は、マッチングネットワーク（図示せず）及び後述するように中空台座１６２を通って導かれたケーブル（図示せず）を介してＲＦ電源１０３に連結されている。ＲＦ電力が上部電極１１２及び下部電極１６１に供給されると、その間に形成される電界は、処理領域１０２内に存在する処理ガスに点火してプラズマを生成する。
中央支持部材１５７は、締結具及びＯリング（図示せず）などによって、チャンバ本体１４２に対して密閉されており、下部電極１６１は、ベローズ１５８などによって、中央支持部材１５７に対して密閉されている。このように、中心領域１５６は処理領域１０２から密閉され、処理領域１０２を真空状態に維持しつつ、大気圧に維持することができる。
作動アセンブリ１６３は、中央領域１５６内に配置され、チャンバ本体１４２及び／又は中央支持部材１５７に取り付けられている。なお、作動アセンブリ１６３は、図面の混乱を最小限に抑えるために、ハッチング無しで示されている。作動アセンブリ１６３は、アクチュエータ１６４（例えば、モータ）、リードスクリュー１６５、及び台座１６２に取り付けられたナット１６６を含む。実際には、アクチュエータ１６４はリードスクリュー１６５を回転させ、今度はリードスクリュー１６５がナット１６６を上下動させ、こうして台座１６２を上下動させる。下部電極１６１が台座１６２によって支持されているので、作動アセンブリ１６３は、チャンバ本体１４２、中央支持部材１５７、及び上部電極１１２に対する下部電極１６１の垂直運動を提供する。処理領域１０２内での下部電極１６１のそのような垂直方向の動きは、下部電極１６１と上部電極１１２との間に可変ギャップを提供し、これによって両者間に形成される電界を増加させる制御を可能にし、同様に処理領域１０２内に形成されたプラズマの密度をより大きくする制御を提供する。更に、基板１０５は下部電極１６１によって支持されているので、基板１０５とシャワーヘッド板１１６との間のギャップも変化させることができ、基板１０５全面に亘る処理ガス分布のより柔軟な制御をもたらす。
また、下部電極１６１によって支持され、上部ライナーアセンブリ１４４の内壁１４９に重複するプラズマスクリーン１５９が、処理領域１０２内のプラズマから基板支持アセンブリ１６０及びベローズ１５８を保護するために提供される。プラズマスクリーン１５９は台座１６２に結合され、台座１６２と共に垂直方向に移動するので、プラズマスクリーン１５９と上部ライナーアセンブリ１４４の内壁１４９との間の重複部分は、プラズマスクリーン１５９と上部ライナーアセンブリ１４４が外れて、台座１６２の下方の領域の露出が、処理ガスに曝されることを許容することなしに、台座１６２が全動作範囲を使用可能にするのに十分である。
基板支持アセンブリ１６０は、リフトピンアセンブリ１６７を更に含み、これによって基板１０５のロード及びアンロードを促進する。リフトピンアセンブリ１６７は、リフトピンプレート１６９に取り付けられたリフトピン１６８を含む。リフトピンプレート１６９は、下部電極１６１内の開口部１７０内に配置され、リフトピン１６８は、開口部１７０と処理領域１０２との間に配置されたリフトピン穴１７１を通って延びている。リフトピンプレート１６９は、下部電極１６１内の開口部１７３を通って、中空台座１６２内へと延びるリードスクリュー１７２に結合されている。アクチュエータ１９５（例えばモータ）を台座１６２上に配置することができる。なお、アクチュエータ１９５は、図面の混乱を最小限に抑えるためにハッチング無しで示されている。アクチュエータ１９５は、リードスクリュー１７２を前進又は後退させるナットを回転させる。リードスクリュー１７２は、リフトピンプレート１６９に結合されている。このように、アクチュエータ１９５は、リードスクリュー１７２にリフトピンプレート１６９の上下動を引き起こすので、リフトピン１６８は延長又は格納される。したがって、アクチュエータ１９５は、下部電極１６１の垂直方向の位置には関係なく、リフトピン１６８の延長又は格納を可能にする。このようなリフトピン１６８の独立した作動を提供することにより、基板１０５の垂直方向の位置は、下部電極１６１の垂直方向の位置から独立して変更可能であり、これによって基板１０５のロードとアンロードの両方の間、更には基板１０５の処理の間により柔軟な位置制御を可能とし、例えば、処理中に基板を持ち上げることによって、裏面ガスを基板の下から逃がすことができる。
基板支持アセンブリ１６０は、開口部１７０を排気領域１０４と連結する通気ライン１７４を更に含む。通気ライン１７４は、後述するように、中空台座１６２を通って中央に導かれ、中心軸（ＣＡ）周りに対称的なスポークパターンで配置された複数のアクセスチューブ１８０のうちの１つを通ってチャンバ本体１４２から外へと導かれる。通気ライン１７４は、リフトピンホール１７１を介して開口部１７０内に漏れる可能性のある任意の処理ガスを除去するために、開口部１７０の排気用に用意されている。更に、開口部１７０の排気は、下部電極１６１又はリフトピン１６８上に配置された基板１０５の裏側に存在する可能性のある処理ガスを除去するのにも役立つ。
基板支持アセンブリ１６０は、貫通して配置され、ガス供給ライン１７８を介して不活性ガス供給部１７７に結合されたガスポート１７６を含むこともできる。ガス供給部１７７は、処理ガスが基板１０５の裏面を処理するのを防ぐために、ガス供給ライン１７８及びガスポート１７６を通して、基板１０５の裏面へ、不活性ガス（ヘリウムなど）を供給する。ガス供給ライン１７８はまた、中空台座１６２を通って導かれ、複数のアクセスチューブ１８０のうちの１つを通ってチャンバ本体１４２から外へと導かれる。
基板支持アセンブリ１６０は、処理中に下部電極１６１に温度制御を提供するために、下部電極１６１内の１以上の熱交換チャネル（図示せず）を介して熱交換流体源１９８から導かれた１以上の流体入口ライン１７９及び流体出口ライン１８１を更に含むことができる。流体入口ライン１７９及び流体出口ライン１８１は、下部電極１６１から中空台座１６２を通して導かれ、複数のアクセスチューブ１８０のうちの１つを通してチャンバ本体１４２から外へと導かれる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１６０は、下部電極１６１内に配置された１以上の温度センサ１８２を更に含み、これによって下部電極１６１の温度制御を促進することができる。
一実施形態では、下部電極１６１は、静電チャックであり、したがって、内部に配置された１以上の電極（図示せず）を含む。電圧源（図示せず）は、基板１０５に対して１以上の電極にバイアスを掛け、これによって処理中に適所に基板１０５を保持するための吸引力を生成する。１以上の電極を電圧源に結合するケーブル接続は、中空台座１６２を通して導かれ、複数のアクセスチューブ１８０のうちの１つを通してチャンバ本体１４２から外へと導かれる。
図５は、チャンバ本体アセンブリ１４０のスポーク１９１内のアクセスチューブ１８０のレイアウトの概略図である。図１及び図５を参照すると、スポーク１９１及びアクセスチューブ１８０は、図示されるように、処理装置１００の中心軸（ＣＡ）の周りにスポークパターンで対称的に配置されている。図示の実施形態では、３つの同一のアクセスチューブ１８０が、チャンバ本体１４２を通って中央領域１５６内へと配置され、これによってチャンバ本体１４２の外側から下部電極１６１までの複数のチューブ及びケーブルの供給を促進する。下部電極１６２の垂直方向の移動を促進するために、アクセスチューブ１８０のそれぞれを通る開口部１８３は、下部電極１６１の垂直移動範囲にほぼ等しい。例えば、１つの構成では、下部電極１６２は、約７．２インチの距離、垂直方向に移動可能である。この場合、アクセスチューブ１８０のそれぞれの開口部１８３の高さも約７．２インチである。これらの距離をほぼ同じに保つことは、必要なケーブルの長さを最小限にし、更に下部電極１６１の垂直方向の動作の間にケーブルが結合し摩耗するのを防止するのに役立つ。また、スポーク１９１の幅（Ｗ）は最小化され、これによって高アスペクト比（高さ：幅）が提供され、これによってなおもユーティリティ（例えば、ガス、配線）のための十分な余地を許容しながら、排気チャネル１８９の開放領域は増す。このような構成は、排ガスの流れ抵抗を低減し、その結果、ポンピングのためのエネルギー消費を低減させ、より小型で低コストのポンプをもたらす。
下部電極１６１へのケーブル配線を更に促進するために、ケーブル配線は複数のアクセスチューブ１８０間で分割される。例えば、流体ライン（１７９、１８１）、ガス供給ライン１７８、及び真空チューブ１７４の全ては、アクセスチューブ１８０ａを通して提供することができ、温度センサ用ケーブル１８４及びその他の電気ケーブル（例えば、アクチュエータ１６４、１９５への電気ケーブル）は、アクセスチューブ１８０ｂを通して提供することができ、ＲＦ電圧供給及びその他の電気ケーブル（例えば、チャッキング機能用の電極への電気ケーブル）は、アクセスチューブ１８０ｃを通して提供することができる。このように、チャンバ本体１４２の外側から下部電極１６２までのケーブルの数と量は、下部電極１６１の移動を促進するために適切なクリアランスを提供しながら、アクセスチューブ１８０のサイズを最小限にするために、アクセスチューブ１８０間で分割される。
アクセスチューブ１８０は、アルミニウム又はステンレス鋼などの材料で構成することができる。アクセスチューブ１８０の対称的なスポーク配置は、処理装置１００の電気的及び熱的な対称性を更に促進するように設計されている。一実施形態では、アクセスチューブ１８０は、１２０度離れて配置され、アクセスチューブ１８０の各々は、それぞれのガスチューブ１２９と整列している。アクセスチューブ１８０の対称的な配置は、処理領域１０２内ではるかにより均一なプラズマ形成を可能にし、処理中に基板１０５の表面全域に亘たってプラズマ密度の制御を改善するために、チャンバ本体１４２内、特に処理領域１０２内に電気的及び熱的な対称性を更に提供する。
図１及び図４に戻って参照すると、排気通路１８９は、中心軸（ＣＡ）周りに対称的に上部ライナーアセンブリ１４４内に配置されている。排気通路１８９は、処理領域１０２から排気領域１０４を介して、そして排気ポート１９６を介してチャンバ本体１４２から外へガスの排出を可能にする。排気ポート１９６は、チャンバ本体アセンブリ１４０の中心軸（ＣＡ）の周りにセンタリングされ、これによってガスが排気通路１８９を通して均等に引かれる。排気ライナー１８７は、排気時に処理ガスからチャンバ本体１４２を保護するために、チャンバ本体１４２内に設けられた排気チャネル１８８内の各々の排気通路１８９の下方にそれぞれ配置される。排気ライナー１８７は、上述したように、上部ライナーアセンブリ１４４と同様の材料で構成できる。
排気チャネル１８８は、実質的に電気的な相互作用が存在しないように処理領域１０２から離れて配置されている。しかしながら、中心軸（ＣＡ）周りにおける排気チャネル１８８の対称的な配置は、処理装置１００内に改善された熱的及びガス流の対称性を提供する。例えば、中心軸（ＣＡ）周りの排気チャネル１８８の対称的な配置、したがって、処理領域１０２は、処理領域１０２からのガスの対称的な除去を促進し、その結果、基板１０５全域に亘って対称的なガス流をもたらす。また、排気チャネル１８８及び排気ライナー１８７の対称的な配置は、チャンバ内の熱分布の対称性を促進する。このように、処理装置１００内における排気チャネル１８８の対称的な配置は、処理領域１０２内の均一なプラズマ形成を促進し、処理領域１０２内のプラズマ密度及びガス流を柔軟に制御できる。
排気アセンブリ１９０は、チャンバ本体１４２の底部で排気領域１０４に隣接して配置される。排気アセンブリは、真空ポンプ１９４に結合されたスロットルバルブ１９２を含むことができる。スロットルバルブ１９２は、真空ポンプ１９４と組み合わせて使用するポペット型のバルブであってもよく、これによって処理領域１０２から排気通路１８９を通して、及び中央に配置された排気ポート１８９を通してチャンバから外へ排ガスを対称的に引くことによって、処理領域１０２内で真空条件を制御することができ、更に処理領域１０２内のプラズマ条件のより柔軟な制御を提供することができる。図１に示されるように、ポペット型のバルブは、一様な３６０度のギャップ１９８を提供し、これを通して排ガスが排気ポート１８９を通して引かれる。対照的に、従来のダンパー型のスロットルバルブは、排ガスの流れのために不均一なギャップを提供する。例えば、ダンパー型のバルブが開いたときに、バルブの片側はバルブのもう片側よりも多くのガスを引く。このように、ポペット型のスロットルバルブは、従来のプラズマ処理チャンバで使用される従来のダンパー型のスロットルバルブよりもガスコンダクタンスの偏りの効果が少ない。
再び図１及び図４を参照すると、導電性傾斜メッシュライナー４００が、上部ライナーアセンブリ１４４の下部に配置されている。傾斜メッシュライナー４００は、導電性プロセス適合性材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及び／又はイットリア（例えば、イットリアを被覆したアルミニウム））から構成することができる。傾斜メッシュライナー４００は底壁４０２及び底壁４０２から外側上向きに角度を付けて延びる外壁４０４を有することができる。外壁４０４は、貫通して形成された複数の開口部４１０を有することができる。開口部４１０は、傾斜メッシュライナー４００の中心軸周りに対称的に配置することができ、これによってそれを通して排ガスを均一に引くことを可能にし、次には処理領域１０２内の均一なプラズマ形成を促進し、処理領域１０２内のプラズマ密度及びガス流のより柔軟な制御を可能にする。一実施形態では、傾斜メッシュライナー４００の中心軸は、チャンバ本体アセンブリ１４０の中心軸（ＣＡ）と整列している。
メッシュライナー４００の底壁４０２は、上部ライナーアセンブリ１４４の底壁１４８及び／又は内壁１４９に電気的に結合することができる。更に、メッシュライナー４００の外壁４０４は、上部電極ライナーアセンブリ１４４の外壁１４７に電気的に結合することができる。ＲＦプラズマが処理領域１０２内に存在する場合には、グランドへのリターンパスを求めるＲＦ電流は、メッシュライナー４００の表面に沿って上部ライナーアセンブリ１４４の外壁１４７へと伝わることができる。こうして、メッシュライナー４００の環状対称構成は、グランドへの対称なＲＦリターンを提供し、上部ライナーアセンブリ４００の下部に任意のＲＦ対称性をバイパスする。
したがって、本発明の実施形態は、極めて対称的な、電気的な、熱的な、及びチャンバを通過するガス流のコンダクタンスを可能にするチャンバ設計を提供することにより、チャンバ内の非対称性に起因する均一なプラズマ密度を提供するのが困難な従来のプラズマシステムの問題を解決する。このような対称性を提供することにより、チャンバ内で形成されたプラズマは、チャンバの処理領域内に配置された基板の表面全体に亘って均一性を自然に改善した。この改善された対称性と共に、他のチャンバへの追加（例えば、上部電極と下部電極との間や、ガス流入口と被処理基板の間のギャップを操作する機能を提供するなど）は、従来のシステムに比べて、より優れたプラズマ処理の制御と均一性を可能にする。
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 (15)

  1. 処理領域を囲む蓋アセンブリ及びチャンバ本体と、
    チャンバ本体内に配置された基板支持アセンブリを含み、蓋アセンブリが、
    処理ガスを処理領域内へ分配するように構成された中央マニホールドと、処理ガスを処理領域内へ分配するように構成された１以上の外側マニホールドを有する上部電極と、
    基板支持アセンブリの中心軸の周りに対称的に配置された複数のガスチューブを介して１以上の外側マニホールドに結合されたリングマニホールドを含むプラズマ処理装置。
  2. リングマニホールド及び複数のガスチューブは導電性材料を含む請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 上部電極の中央マニホールドに流体結合され、基板支持アセンブリの中心軸と同軸であるガス入口チューブを含む請求項１記載のプラズマ処理装置。
  4. リングマニホールドはガス入口チューブを取り囲む請求項３記載のプラズマ処理装置。
  5. リングマニホールドは再帰的なガス通路を有し、これによってガスはリングマニホールドから複数のガスチューブ内へ均等に流れる請求項４記載のプラズマ処理装置。
  6. １以上の外側マニホールドは中央マニホールドを取り囲む請求項１記載のプラズマ処理装置。
  7. 基板支持アセンブリに結合され、基板支持アセンブリを垂直に動かすように構成された第１作動装置と、
    基板支持アセンブリに結合され、基板支持アセンブリ内に配置された複数の基板支持ピンを動かすように構成された第２作動装置を含む請求項１記載のプラズマ処理装置。
  8. 処理ガスを貫通して分配するように構成された中央マニホールド及び処理ガスを貫通して分配するように構成された１以上の外側マニホールドを有する上部電極と、
    上部電極の中心軸の周りに対称的に配置された複数のガスチューブを介して１以上の外側マニホールドに結合されたリングマニホールドを含む蓋アセンブリ。
  9. リングマニホールド及び複数のガスチューブは導電性材料を含む請求項８記載の蓋アセンブリ。
  10. 上部電極の中央マニホールドに流体結合され、上部電極の中心軸と同軸であるガス入口チューブを含む請求項８記載の蓋アセンブリ。
  11. リングマニホールドはガス入口チューブを取り囲む請求項１０記載の蓋アセンブリ。
  12. リングマニホールドは再帰的なガス通路を有し、これによってガスはリングマニホールドから複数のガスチューブ内へ均等に流れる請求項１１記載の蓋アセンブリ。
  13. １以上の外側マニホールドは中央マニホールドを取り囲む請求項１記載の蓋アセンブリ。
  14. 処理領域を囲む蓋アセンブリ及びチャンバ本体と、
    チャンバ本体内に配置された基板支持アセンブリであって、蓋アセンブリが、
    処理ガスを処理領域内へ分配するように構成された中央マニホールドと、処理ガスを処理領域内へ分配するように構成された１以上の外側マニホールドを有する上部電極と、
    基板支持アセンブリの中心軸の周りに対称的に配置された複数のガスチューブを介して１以上の外側マニホールドに結合されたリングマニホールドと、
    チャンバ本体によって排気領域を画定する排気アセンブリであって、チャンバ本体は処理領域を排気領域と流体接続する基板支持アセンブリの中心軸の周りに対称的に配置された複数の通路を含む排気アセンブリを含むプラズマ処理装置。
  15. チャンバ本体は、基板支持アセンブリの中心軸の周りに対称的な排気ポートが貫通して形成されている請求項１４記載のプラズマ処理装置。
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