JP2013538417A - プラズマ処理チャンバ内のパラシティックプラズマの阻止 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ処理チャンバの部品内のヴォイドにおけるパラシティックプラズマは、ヴォイドの内側の導電性表面をスリーブで覆うことによって排除することができる。ヴォイドは、上方電極及び基板サポートなどのチャンバ部品内の、ガスホール、リフトピンホール、ヘリウム通路、導管、及び／又はプレナムであることができる。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
半導体技術は、世代を追うごとに、ウエハ直径の増加及びトランジスタサイズの縮小を伴う傾向があり、その結果、基板処理において、よりいっそう高い正確さ及び再現性が求められる。シリコンウエハなどの半導体基板材料は、通常、真空チャンバ内でプラズマを使用して処理される。プラズマ処理技術には、スパッタリング蒸着、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、レジスト剥離、及びプラズマエッチングなどがある。
プラズマ処理チャンバ内では、処理されている基板の付近でプロセスガスが励起され、プラズマにされる。しかしながら、プラズマ処理チャンバ内のその他の場所（ガスホール、導管、リフトピンホール、プレナムなど）にあるガスも、或る種の条件下で励起され、不必要なプラズマを生じる可能性がある。このような不必要なプラズマは、パラシティックプラズマ（寄生プラズマ）と呼ばれる。パラシティックプラズマは、チャンバ部品の幾何学形状、プラズマ処理レシピにおいて使用されるガスの圧力及び化学的性質、高周波数（ＲＦ）電力の供給などの多くの理由によって、プラズマ処理チャンバ内で発生する可能性がある。パラシティックプラズマは、プラズマ処理において、粒子汚染、処理時における空間的及び時間的な非均一性、並びに／又はチャンバ部品の早期故障などの様々な問題を引き起こす可能性がある。したがって、プラズマ処理チャンバ内のパラシティックプラズマを排除することが望まれている。
本明細書で説明されるのは、プラズマ処理チャンバの部品であって、非金属材料の第１の層であって、相対する第１及び第２の表面を有し、第１の表面は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに暴露され、第２の表面は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに暴露されない、第１の層と、導電性材料の第２の層であって、第１の層の第２の表面に接合される第２の層と、第１の層及び第２の層の全体を貫くヴォイド空間と、第２の層がヴォイド空間内で露出されないように及びヴォイド空間内のパラシティックプラズマが阻止されるように、第２の層内でヴォイド空間の内表面を覆う管状スリーブと、を含み、管状スリーブの一方の端は、第１の層及び第２の層の対向表面と同一平面にあり、管状スリーブのもう一方の端は、第２の層の下表面と同一平面にある。
本明細書で説明されるのは、パラシティックプラズマ（寄生プラズマ）を排除するための方法及びプラズマ処理チャンバの部品である。方法及び部品は、特定のタイプのプラズマ処理チャンバ又はプラズマ処理技術に限定されない。プラズマ処理チャンバは、誘導結合（変成器結合）、ヘリコン、電子サイクロトロン共鳴、容量結合（平行平板）などの種々様々なプラズマ生成メカニズムに依存することができる。例えば、高密度プラズマは、変成器結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））処理チャンバ内で、又は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）処理チャンバ内で生成することができる。ＲＦエネルギがチャンバ内に誘導結合されている変成器結合プラズマ処理チャンバは、カリフォルニア州フリーモントのラム・リサーチ・コーポレーション（Lam Research Corporation）から入手可能である。高密度プラズマを提供することができる高流量プラズマ処理チャンバの一例が、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第５，９４８，７０４号に開示されている。平行平板プラズマ処理チャンバ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理チャンバ、及び変成器結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））処理チャンバは、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第４，３４０，４６２号、第４，９４８，４５８号、第５，２００，２３２号、及び５，８２０，７２３号に開示されている。
例えば、プラズマは、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，０９０，３０４号に記載されている二重周波数プラズマエッチングチャンバなどの平行平板処理チャンバ内で生成することができる。好ましい平行平板プラズマ処理チャンバは、上方シャワーヘッド電極と基板サポートとを含む二重周波数容量結合プラズマ処理チャンバである。例示のために、本明細書では、平行平板タイプのプラズマ処理チャンバに言及して実施形態の説明がなされる。
プラズマエッチングのための平行平板プラズマ処理チャンバが、図１に例示されている。プラズマ処理チャンバ１００は、チャンバ１１０と、入口ロードロック１１２と、随意の出口ロードロック１１４とを含み、更なる詳細は、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，８２４，６２７号に記載されている。
ロードロック１１２及び（もし提供されるならば）ロードロック１１４は、ウエハなどの基板をウエハ供給部１６２からチャンバ１１０を経てウエハ容器１６４に出すための移送機器を含む。ロードロックポンプ１７６は、ロードロック１１２内及びロードロック１１４内に所望の真空圧力を提供することができる。
ターボポンプなどの真空ポンプ１７２が、チャンバ１１０内を所望の圧力に維持するように適応される。プラズマエッチング中、チャンバ圧力は制御され、好ましくは、プラズマを持続させるのに十分なレベルに維持される。高すぎるチャンバ圧力は、エッチストップに不当に寄与する可能性があり、低すぎるチャンバ圧力は、プラズマ消滅を招く可能性がある。平行平板プラズマ処理チャンバなどの中密度のプラズマ処理チャンバ内では、好ましくは、チャンバ圧力は、約２００ミリトール未満（例えば、２０〜５０ミリトールなどのように１００ミリトール未満）の圧力に維持される（本明細書で使用される「約」は、±１０％を意味する）。
真空ポンプ１７２は、チャンバ１１０の壁の出口につなぐことができ、チャンバ内の圧力を制御するために、弁１７３によって絞り調整することができる。好ましくは、真空ポンプは、チャンバ１１０にエッチングガスが流れ込む間、チャンバ１１０内の圧力を２００ミリトール未満に維持することができる。
チャンバ１１０は、上方電極１２５（例えば、シャワーヘッド電極）を含む上方電極アセンブリ１２０と、基板サポート１５０とを含む。上方電極アセンブリ１２０は、上方ハウジング１３０内に取り付けられる。上方ハウジング１３０は、上方電極１２５と基板サポート１５０との間の間隔を調節するために、メカニズム１３２によって垂直移動させることができる。
１種以上のガスを含むプロセスガスを上方電極アセンブリ１２０に供給するために、ケース１３０に、プロセスガス源１７０をつなぐことができる。好ましいプラズマ処理チャンバ内では、上方電極アセンブリは、基板の表面付近の領域にプロセスガスを供給するために使用することができるガス分配システムを含む。ガス分配システムは、１つ以上のガスリング、注入器、及び／又はシャワーヘッド（例えば、シャワーヘッド電極）を含むことができ、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，３３３，２７２号、第６，２３０，６５１号、第６，０１３，１５５号、及び第５，８２４，６０５号に開示されている。
上方電極１２５は、好ましくは、プロセスガスを通らせて分配するためのガスホール（不図示）を含むシャワーヘッド電極を含む。ガスホールは、０．０２〜０．２インチ（おおよそ０．０５０８〜０．５０８センチ）の直径を有することができる。シャワーヘッド電極は、プロセスガスの望ましい分配を促すことができる１枚以上の垂直方向に相隔てられた邪魔板を含むことができる。上方電極及び基板サポートは、グラファイト、シリコン、炭化シリコン、アルミニウム（例えば、陽極酸化アルミニウム）、又はそれらの組み合わせなどの、任意の適切な材料で形成することができる。上方電極アセンブリ１２０には、熱伝達液体源１７４をつなぐことができ、基板サポート１５０には、別の熱伝達液体源をつなぐことができる。
基板サポート１５０は、基板サポート１５０の上表面１５５（サポート表面）上に基板を静電クランプするための１つ以上の埋め込みクランプ電極を有することができる。基板サポート１５０は、ＲＦ源と、ＲＦ整合回路構成などの付随の回路構成（不図示）とによって通電することができる。基板サポート１５０は、好ましくは温度制御され、随意として加熱構成（不図示）を含むことができる。加熱構成の例は、参照によって本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，８４７，０１４号及び第７，１６１，１２１号に開示されている。基板サポート１５０は、フラットパネル又は２００ｍｍ若しくは３００ｍｍのウエハなどの半導体基板をサポート表面１５５上で支えることができる。
基板サポート１５０は、基板のプラズマ処理中に基板の温度を制御するために、好ましくは、サポート表面１５５上で支えられている基板の下にヘリウムなどの熱伝達ガスを供給するための通路を含んでいる。例えば、ヘリウムによる裏面冷却は、基板上のフォトレジストの燃焼を阻止するのに十分な低さにウエハ温度を維持することができる。加圧ガスを基板と基板サポート表面との間の空間に導入することによって基板の温度を制御する方法が、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，１４０，６１２号に開示されている。
基板サポート１５０は、リフトピンホール（不図示）を含むことができ、これらのホールには、リフトピンが通されて、適切なメカニズムによって垂直方向に作動させられ、基板をサポート表面１５５から持ち上げて、チャンバ１１０に対して出し入れすることができる。リフトピンホールは、約０．０８インチ（おおよそ０．２０３センチ）の直径を有することができる。リフトピンホールの詳細は、参照によってその開示内容を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第５，８８５，４２３号及び第５，７９６，０６６号に開示されている。
上方電極１２５内及び基板サポート１５０内のガスホール、ヘリウム通路、リフトピンホールなどのヴォイド空間（空洞）は、パラシティックプラズマを生じやすい。例えば、もし、ＲＦ周波数における比誘電率が異なる複数の材料層にヴォイド空間が跨る場合は、或る種の条件（例えば、ガス圧力、ＲＦ負荷、ＲＦ周波数など）下では、層間に過剰なＲＦ電圧が発生する可能性がある。このような過剰なＲＦ電圧（例えば、２０Ｖ又はそれ以上）は、ヴォイド空間内にパラシティックプラズマを生じさせるのに十分である恐れがある。上方電極１２５及び基板サポート１５０に一般的に使用されている導電性材料には、アルミニウム、鋼、グラファイト、及びドープシリコンなどがある。処理チャンバ１００内にプラズマを発生させるために処理チャンバ１００にＲＦ電力が供給されたときに、ヴォイド空間（例えばガスホール）内の露出した伝導性の内表面は、それらの付近で電場を集中させる及びパラシティックプラズマを増強させる可能性がある。圧力ｐ及び間隔距離ｄの関数として表される平行平板内のガスのＤＣ破壊電圧ＶBは、パッシェンの方程式：
によって与えられる。ここで、Ａ及びＢは、ガスの性質（例えば、温度、ガス組成、及びイオン化ポテンシャル）によって決定される定数であり、γは、平行平板の材料に関連したパラメータである。ＡＣ破壊電圧は、なかでも、ガス及び集中電場に暴露されている伝導性表面の付近では、ＶBの１０分の１もの小ささになる可能性がある。
図２は、プラズマ処理チャンバの部品２００（例えば、上方電極又は基板サポート）内のヴォイド空間２１０の断面図を示している。部品は、非金属材料（例えば、セラミック又は非ドープシリコン）の層２２０と、導電性材料（例えば、アルミニウム）の層２３０とを含む。層２２０は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ２６０に暴露される表面２２０ａと、プラズマ２６０に暴露されない表面２２０ｂとを有する。層２３０は、接着剤（例えば、シリコーンゴム）を使用するなどの適切な技術を使用して、表面２２０ｂに接合することができる。各ヴォイド空間２１０は、層２２０及び層２３０の全体を貫いて、プラズマ処理チャンバの内側に開かれている。層２２０の厚さ及び層２３０の厚さは、それぞれ、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。ヴォイド空間２１０は、直径が約０．０２インチ（おおよそ０．０５０８センチ）から約０．０８インチ（おおよそ０．２０３センチ）であることができる。層２２０は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、非ドープシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、及び／又はイットリアで作成することができる。層２３０は、例えば、金属、グラファイト、及び／又はドープシリコンで作成することができる。層２３０は、ヴォイド空間２１０の内側で露出される伝導性表面２３５を有する。ヴォイド空間２１０の内側では、パラシティックプラズマ２５０が発生し、空間内で浸食及び／又は腐食を引き起こす可能性がある。部品２００は、ベース２９０に取り付ける（接合する、支える、留め付ける、及び／又は接着する）ことができる。このベースは、例えば、その中の埋め込み流体チャネル２９０ａに液体を流すことによって、温度制御することができる。このベースは、ヴォイド２１０と流体連通している少なくとも１つのプレナム２９０ｂも有することができる。プラズマ２６０を発生させるために、ベース２９０には、ＲＦ電力が供給可能である。層２２０は、その中に埋め込まれた少なくとも１つの静電チャック（ＥＳＣ）電極２２０ｃを有することができる。層２３０には、少なくとも１つのヒータ２４０（例えば、薄膜ヒータ）が熱的に接触していることが好ましい。好ましくは、プラズマ処理チャンバ内に存在する高周波数における層２３０の導電性材料の比誘電率は、それらの高周波数における層２２０の非金属材料の比誘電率の少なくとも２０倍の大きさである。ヴォイド空間２１０が３０トールのヘリウムガスで満たされ、層２２０がおおよそ０．１インチ（おおよそ０．２５４センチ）の厚さであり、層２３０がおおよそ０．０３インチ（おおよそ０．０７６２センチ）の厚さの接着層によって層２２０に接合され、部品が２７ＭＨｚにおいて２５００ＷのＲＦ電力を受け、プラズマ２６０がおおよそ６０Ωのインピーダンスを有する一例では、層２３０と表面２２０ａとの間におおよそ１５．５ＶのＲＦポテンシャルが展開し、これは、ヴォイド空間２１０内のヘリウムガスの破壊電圧を超えて、空間内にパラシティックプラズマ１５０を発生させる可能性がある。
図３に示されるような一実施形態では、ヴォイド空間２１０の内表面を、管状スリーブ３００が内張りしている。スリーブ３００は、層２３０よりも低い誘電率の、プラスチック（例えば、ポリエーテルエーテルケトン）又はセラミック（例えば、アルミナ）などの材料で作成されることが好ましい。好ましくは、ヴォイド空間２１０のうち、層２２０内の部分は、スリーブ３００を通る通路と同じ断面形状（例えば、円、多角形、又はその他の任意の適切な形状）を有する。ヴォイド空間２１０は、円筒又は角柱の形状をとることができる。具体的には、もし、ヴォイド空間２１０が円筒形状であるならば、管状スリーブ３００は、層２２０内のヴォイド空間２１０の内径に等しい内径を有する。スリーブ３００の半径方向の厚さは、ヴォイド空間２１０内のパラシティックプラズマを抑制するのに十分であることが望ましく、好ましくは、少なくとも０．０１インチ（０．０２５４センチ）である。好ましくは、スリーブ３００は、層２２０と同じ材料で作成され、プラズマ２６０に直接暴露されない。層２３０の伝導性表面２３５がスリーブ３００によって全体に覆われるように、すなわち、ヴォイド空間２１０内に露出された伝導性表面がないように、スリーブ３００は、層２３０の上表面と同一平面である一方の端を有することが好ましく、もう一方の端は、層２３０の下表面と同一平面であることが好ましい。スリーブ３００は、ベース２９０までは達していないことが好ましい。
スリーブ３００は、接着剤や圧入などの任意の適切な手段によって部品２００に固定される自立型のスリーブであることができる。しかしながら、スリーブ３００は、その外表面上に、積層体２００内のネジ山と合わさるネジ山を有することができる。スリーブ３００は、また、任意の適切な被覆手段によってヴォイド空間２１０の内表面に施される被覆の形態をとることもできる。例えば、ＣＶＤやプラズマ溶射などがある。
図４に示されるような別の一実施形態では、管状スリーブ４００は、上フランジ４１０を有することを除き、スリーブ３００と同じである。フランジ４１０は、好ましくは、層２３０の上表面と同一平面である上表面を有する。スリーブ４００は、層２２０を層２３０に接合する前に、ヴォイド空間２１０内に装着することができる。
図５は、更に別の一実施形態を示している。管状スリーブ５００は、下フランジ５１０を有することを除き、スリーブ３００と同じである。この場合は、フランジは、層２３０の下表面と同一平面である下表面を有する。スリーブ５００は、ベース２９０を層２３０に取り付ける前に、ヴォイド空間２１０内に装着することができる。
本明細書で説明されるスリーブは、プラズマ処理チャンバ内でパラシティックプラズマを生じやすいキャビティ（空洞）、穴、導管、ヴォイド（空洞）、プレナム、及び／又はその他の空間に使用することもできる。スリーブは、これらの空間の伝導性内表面にちょうど嵌る形状に作成することができる。例えば、基板サポート１５０は、リフトピンホール内及び／又はヘリウム通路内にスリーブを有することができる。
パラシティックプラズマを排除するためのスリーブ、及び該スリーブを内側に有するプラズマ暴露積層体が、それらの具体的な実施形態に言及して詳細に説明されてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正が加えられること並びに均等物が採用されることが可能であることが明らかである。
Claims (20)
- プラズマ処理チャンバの部品であって、
非金属材料の第１の層であって、相対する第１及び第２の表面を有し、前記第１の表面は、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマに暴露され、前記第２の表面は、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマに暴露されない、第１の層と、
導電性材料の第２の層であって、前記第１の層の前記第２の表面に接合される第２の層と、
前記第１の層及び前記第２の層の全体に貫いて、前記プラズマ処理チャンバの内側に開かれているヴォイド空間と、
前記第２の層が前記ヴォイド空間内に露出されないように、及び、前記ヴォイド空間内のパラシティックプラズマが阻止されるように、前記第２の層内で前記ヴォイド空間の内表面を覆う管状スリーブと、
を備え、
前記管状スリーブの一方の端は、前記第１の層及び前記第２の層の対向表面と同一平面にあり、前記管状スリーブのもう一方の端は、前記第２の層の下表面と同一平面にある、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記管状スリーブは、前記第１の層と同じ材料で作成されている、
前記管状スリーブは、前記第２の層よりも低い誘電率の材料で作成されている、
前記管状スリーブは、プラスチック若しくはセラミックで作成されている、
及び／又は、
前記管状スリーブは、被覆である、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記管状スリーブは、前記第１の層内の前記ヴォイド空間の内径に等しい内径を有する、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記管状スリーブは、接着剤、固定具、及び／又は、前記管状スリーブの外表面上のネジ山によって、前記ヴォイド空間の前記内表面に固定される、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記第１の層は、アルミナ、窒化アルミニウム、非ドープシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、及び／又は、イットリアで作成され、
前記第２の層は、金属、グラファイト、及び／又は、ドープシリコンで作成される、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記管状スリーブは、前記第２の層内の嵌め合い凹所に収まる外向きに突き出した上フランジ又は外向きに突き出した下フランジを有する、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記管状スリーブは、少なくとも０．０１インチ（０．０２５４センチ）の壁厚を有する、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記プラズマ処理チャンバ内に存在する高周波数における前記導電性材料の比誘電率は、前記高周波数における前記非金属材料の比誘電率の少なくとも２０倍である、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記第２の層は、０．５〜５ｍｍの厚さを有する、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、更に、
前記第２の層に熱的に接触している少なくとも１つのヒータを備える部品。 - 請求項１０に記載の部品であって、
前記少なくとも１つのヒータは、前記第２の層に埋め込まれた又は前記第２の層の底面に取り付けられた薄膜ヒータである、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記部品は、上方電極若しくは基板サポートである、
並びに／又は、
前記ヴォイドは、ガスホール、リフトピンホール、ヘリウム通路、導管、及び／若しくはプレナムである、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記第２の層は、接着剤によって前記第２の表面に接合される、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、更に、
少なくとも１つの埋め込みＥＳＣ電極を備える部品。 - 請求項１に記載の部品であって、
前記ヴォイド空間の内径は、０．０２〜０．０８インチ（おおよそ０．０５０８〜０．２０３センチ）である、部品。 - 請求項１に記載の部品であって、更に、
前記第２の層に取り付けられて高周波数電力が供給されるベースを備えており、
前記ベースは、埋め込み流体チャネルを有する、
及び／又は、
前記ベースは、前記ヴォイド空間と流体連通している少なくとも１つのプレナムを有する、部品。 - 請求項１６に記載の部品であって、
前記ベースは、前記第２の層に接合される、支えられる、留め付けられる、及び／又は、接着される、部品。 - 請求項１に記載の部品を備えるプラズマ処理チャンバ。
- 請求項１に記載の部品を製造する方法であって、
前記第２の層が前記ヴォイド空間内で露出されないように、及び、前記ヴォイド空間内のパラシティックプラズマが阻止されるように、前記第２の層内で前記ヴォイド空間の前記内表面を覆うことと、
前記第２の層を前記第１の層の前記第２の表面に接合することと、
を備える方法。 - 請求項１９に記載の方法であって、更に、
前記第２の層にベースを取り付けることを備える方法。
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