JP2014532989A - チャンバ壁温度制御を備えたプラズマリアクタ - Google Patents

チャンバ壁温度制御を備えたプラズマリアクタ Download PDF

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Abstract

基板を処理するための装置が、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、装置は、処理チャンバの内部容積内の基板支持体の周りに配置される第１伝導体と、第２伝導体の第１端部に結合された内縁部を有し、内縁部の半径方向外側に配置された外縁部を有する第１伝導性リングと、第１伝導性リングの外縁部に結合され、第１伝導性リングの上方に配置された少なくとも一部を有する第２伝導体であって、第１伝導性リングと、第２伝導体の少なくとも一部が、第１伝導性リングの上方の第１領域を部分的に画定する第２伝導体と、第１伝導体、第２伝導体、及び第１伝導性リングを加熱するように構成されたヒータを含む。

Description

分野
本発明の実施形態は、概して、基板処理装置に関する。
背景
基板処理システム（例えば、プラズマリアクタ）は、基板上で層を堆積、エッチング、又は形成するために使用することができる。このような基板処理の態様を制御するのに有用な１つのパラメータは、基板を処理するために使用されるプラズマリアクタの壁温度である。
こうして、本発明者らは、基板処理システムのライナ又はチャンバ壁の改良された温度制御を提供することができる基板処理システムの実施形態を本明細書で提供している。
概要
基板を処理するための装置が、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、基板を処理するための装置は、処理チャンバの内部容積内の基板支持体の周りに配置される第１伝導体と、第１伝導体の第１端部に結合された内縁部を有し、内縁部の半径方向外側に配置された外縁部を有する第１伝導性リングと、第１伝導性リングの外縁部に結合され、第１伝導性リングの上方に配置された少なくとも一部を有する第２伝導体であって、第１伝導性リングと、第２伝導体の少なくとも一部が、第１伝導性リングの上方の第１領域を部分的に画定する第２伝導体と、第１伝導体、第２伝導体、及び第１伝導性リングを加熱するように構成されたヒータを含むことができる。
いくつかの実施形態では、基板処理装置は、内部容積及び内部容積内に配置された基板支持体を有する処理チャンバと、処理チャンバの内部容積内の基板支持体の周りに配置される第１伝導体と、第１伝導体の第１端部に結合された内縁部を有し、内縁部の半径方向外側に配置された外縁部を有する第１伝導性リングと、第１伝導性リングの外縁部に結合され、第１伝導性リングの上方に配置された少なくとも一部を有する第２伝導体であって、第１伝導性リングと、第２伝導体の少なくとも一部が、第１伝導性リングの上方の第１領域を部分的に画定する第２伝導体と、第１伝導体、第２伝導体、及び第１伝導性リングを加熱するように構成されたヒータを含むことができる。
いくつかの実施形態では、基板処理装置は、内部容積及び内部容積内に配置された基板支持体を有する処理チャンバと、処理チャンバの内部容積内の基板支持体の周りに配置される第１伝導体と、第１伝導体の第１端部に結合された内縁部を有し、内縁部の半径方向外側に配置された外縁部を有する第１伝導性リングと、第１伝導性リングの外縁部に結合され、第１伝導性リングの上方に配置された少なくとも一部を有する第２伝導体であって、第２伝導体は、第２伝導体内に配置され内部容積から分離された第１チャネルを有し、第１伝導性リングと、第２伝導体の少なくとも一部が、第１伝導性リングの上方の第１領域を部分的に画定する第２伝導体と、第１端部とは反対の第１伝導体の第２端部に結合された第３伝導体であって、第３伝導体、第１伝導性リング、及び第１伝導体は、第１領域の下方に配置された第２領域を部分的に画定し、第３伝導体は、処理チャンバの壁から第１伝導体を熱的に分離する第３伝導体と、第２伝導体の外部かつ周りに配置され、第２チャネルを介してクーラントを流すための第２チャネルを有する第４本体と、第２伝導体の第１チャネル内に配置され、第１伝導体、第２伝導体、及び第１伝導性リングを加熱するように構成されたヒータを含むことができる。
本発明の他の及び更なる実施形態を以下に説明する。
上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本発明の実施形態は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。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。
本発明のいくつかの実施形態に係るプラズマリアクタの概略図を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係る図１に示されたプラズマリアクタの一部の概略図を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るチャンバライナの概略図を示す。 〜 本発明のいくつかの実施形態に係るチャンバライナの斜視図、上面図、側面図、及び断面図をそれぞれ示す。 〜 本発明のいくつかの実施形態に係る図４Ａ〜図４Ｄのチャンバライナのキャップの側面図、上面図、側面断面図、及び部分図をそれぞれ示す。
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。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡素化されているかもしれない。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに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
基板を処理するための装置が、本明細書に開示される。本発明の装置は、有利には、基板処理システムの温度を制御することによって、処理中の基板上の欠陥及び／又は粒子形成の低減を促進することができる。本明細書に記載されるような基板処理システムの１以上のコンポーネントの温度制御は、更に、基板処理システム内のプラズマ特性（例えば、プラズマ密度及び／又はプラズマ束）を向上させることができる。本明細書に記載されるような改善された温度制御は、有利には、以下に述べるような改善されたプロセスの歩留まり、運転間の安定性、又はより高いスループットなどをもたらすことができる。
図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタ（リアクタ１００）の概略側面図を示す。リアクタ１００は、単独で、又は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）統合半導体ウェハ処理システムなどの統合半導体基板処理システム又はクラスタツールの処理モジュールとして利用することができる。本発明の実施形態に係る改良から有利に利益を得ることができる好適なプラズマリアクタの例は、半導体装置のＤＰＳ（商標名）ラインなどの誘導結合プラズマエッチングリアクタ、又はＭＥＳＡ（商標名）などの他の誘導結合プラズマリアクタ等を含み、これらもまたアプライドマテリアルズ社から入手可能である。半導体装置の上記リストは例示に過ぎず、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）もまた、本開示内容に従って好適に変更することができる。例えば、本明細書に開示される本発明の方法と共に利用することができる好適な例示的なプラズマリアクタは、Ｖ．Ｔｏｄｏｒｏｗらによって２０１０年６月２３日に出願された「誘導結合プラズマ装置」と題された米国特許出願第１２／８２１，６０９号、又はＳ．Ｂａｎｎａらによって２０１０年６月２３日に出願された「調整可能な位相コイルアセンブリを備えたデュアルモード誘導結合プラズマリアクタ」と題された米国特許出願第１２／８２１，６３６号に見つけることができる。
リアクタ１００は、一般に、共に内部容積１０５を画定する伝導体（壁）１３０及び蓋１２０（例えば、天井）を有する処理チャンバ１０４と、内部容積１０５内に配置され、その上に基板１１５が配置される基板支持体１１６と、誘導結合プラズマ装置１０２と、コントローラ１４０を含む。壁１３０は、典型的には、電気的グランド１３４に結合され、リアクタ１００が誘導結合プラズマリアクタとして構成される実施形態では、蓋１２０は、リアクタ１００の内部容積１０５に面する誘電体材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、基板支持体１１６は、整合ネットワーク１２４を介してバイアス用電源１２２に結合される陰極として構成することができる。バイアス用電源１２２は、例示的には、連続又はパルス電力のいずれかを生成することができる約１３．５６ＭＨｚの周波数で最大約１０００Ｗ（しかしながら、約１０００Ｗに限定されない）の電源であることができるが、特定の用途に対して要求通りに他の周波数及び電力を提供することができる。他の実施形態では、電源１２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ電源であってもよい。いくつかの実施形態では、電源１２２は、複数の周波数を供給することができるか、又は１以上の第２の電源に（図示せず）を、同じ整合ネットワーク１２４又は１以上の異なる整合ネットワーク（図示せず）を介して基板支持体１１６に結合し、これによって複数の周波数を供給してもよい。
リアクタ１００は、図１〜４に示されるように、リアクタ１００内の温度を管理する及び／又はプラズマ分布を制御するための１以上のコンポーネントを含むことができる。例えば、１以上のコンポーネントは、処理チャンバ１０２の内部容積１０５内で基板支持体１１６の周りに配置された第１伝導体１６０を含むことができる。第１伝導体１６０は伝導性であり、陰極スリーブ（例えば、基板支持体１１６を取り囲むスリーブ）であることができ、これによって例えば、内部容積１０５内の、及び／又は基板支持体１１６に近傍のプラズマの挙動に影響を与える。第１伝導体１６０は、所望のプラズマの挙動を提供する任意の適切な形状（例えば、円筒形など）であることができる。第１伝導体１６０は、第１端部１６２と第２端部１６４を含むことができる。
いくつかの実施形態では、リアクタ１００は、リアクタ１００内の温度を管理する、及び／又はプラズマ分布を制御するために、処理チャンバ１０４内に配置されたライナ１０１を含むことができる。ライナ１０１は、一般に、第２伝導体１７４の第１端部１１１内に形成された第１チャネル１８０と、第２伝導体１７４の第２端部１１３に結合された伝導性リング１６６を有する第２伝導体１７４を含むことができる。いくつかの実施形態では、伝導性リング１６６は、第１伝導体１６０の第１端部１６２に結合された内縁部１６８を有することができる。あるいはまた、いくつかの実施形態では、内縁部１６８は、第１端部１６２で、又は第１端部１６２近傍で、伝導体１６０に隣接して配置する、又は伝導体１６０上に、又は伝導体１６０に接触して置くことができる。伝導性リング１６６の内縁部１６８は、伝導性リング１６６と第１伝導体１６０との間に隙間が存在しないように第１伝導体１６０に対して位置決めすることができる。伝導性リング１６６の外縁部１７０は、伝導性リング１６６の内縁部１６８から半径方向外側に配置することができる。伝導性リング１６６は、プラズマスクリーンなどとすることができ、処理チャンバ１０２の内部容積１０５内の、及び／又は基板支持体１１６に近傍のプラズマの挙動に影響を与えることができる。例えば、伝導性リング１６６は、伝導性リング１６６を貫通して配置された複数の開口部１７２を含み、これによって内部容積１０５の第１領域１０７を内部容積１０５の第２領域１０９に流体結合することができる。例えば、図１に示されるように、第１領域１０７は基板支持体１１６の上方にあることができ、第２領域１０９は基板支持体１１６に隣接して、及び／又は基板支持体１１６の下方にあることができる。いくつかの実施形態では、第１領域１０７は、基板支持体１１６の上方の処理容積であることができ、第２領域１０９は、基板支持体１１６に隣接した、及び／又は基板支持体１１６の下方の排気容積であることができる。
第２伝導体１７４は、伝導性リング１６６の外縁部１７０に結合される。第２伝導体１７４の少なくとも一部１７６は、伝導性リング１６６の上方に配置することができる（例えば、図１及び図３に示されるように、伝導性リング１６６から蓋１２０に向かって延びることができる）。伝導性リング１６６及び第２伝導体１７４の少なくとも一部１７６は、伝導性リング１６６の上方に第１領域１０７を部分的に隣接する又は画定することができる。例えば、図１に示されるように、伝導性リング１６６と、第２伝導体１７４の少なくとも一部１７６と、蓋１２０は共に、第１領域１０７を画定することができる。第２伝導体１７４は、チャンバライナであることができる。例えば、第２伝導体１７４は、チャンバ壁１３０の少なくとも一部を一列に並べるように構成することができ、１以上の開口部（図示せず、例えば、内部容積１０５内への処理ガスの注入及び／又は内部容積１０５内への基板１１５の搬入を促進するための開口部）を含むことができる。例えば、チャンバ壁１３０のスリットバルブ開口部に対応する開口部が、図３に示されている。
第２伝導体１７４は、伝導性リング１６６及び第１伝導体１６０の表面に面する内部容積のみならず、第２伝導体１７４の表面に面する内部容積に、ヒータ１７８からの熱を伝達するために利用することができる。例えば、ヒータ１７８は、第１伝導体１６０と、第２伝導体１７４と、伝導性リング１６６を加熱するように構成することができる。ヒータ１７８は、任意の適切なヒータ（例えば、抵抗ヒータなど）であることができ、単一の加熱素子又複数の加熱素子を含むことができる。いくつかの実施形態では、ヒータ１７８は、約１００℃〜約２００℃、又は約１５０℃の温度を提供することができる。本発明者らは、そのような温度を提供することがフッ素処理に関連するメモリ効果の低減を促進することを発見した。
第２伝導体１７４は、第２伝導体１７４内に配置され、第１領域１０７から分離された第１チャネル１８０を含むことができる。例えば、図１〜図３に示されるように、第１チャネルは、蓋１２０に隣接する第２伝導体１７４の少なくとも一部１７６の端部に配置することができ、第２伝導体１７４内に延びることができる。図１に示されるように、ヒータ１７８は、第１チャネル１８０内に配置することができる。例えば、ヒータ１７８は抵抗ヒータであることができ、いくつかの実施形態では、シース（例えば、ＩＣＯＮＥＬ（商標名）、ステンレス鋼など）の中に収容することができる。いくつかの実施形態では、ヒータは、上部ライナの途中の周りに配置することができる。ヒータ１７８をクーラントチャネルに遠すぎず、近すぎず配置することによって、熱損失と温度均一性のバランスを取ることを容易にする。
図３を参照すると、いくつかの実施形態では、第２伝導体１７４は、第１チャネル１８９及び第２チャネル１９１が内部に形成され、第２伝導体１７４の上部１９３に近接して配置された内側に向いたリッジ１８７を含むことができる。第１チャネル１８９及び第２チャネル１９１は、存在する場合、シール又はＯリングを第１チャネル１８９及び第２チャネル１９１の一方又は両方の中に配置可能なように構成され、これによって設置時にライナ１０１とリアクタの他のコンポーネントとの間にシールを作るのを促進することができる。
図４Ａ〜Ｄは、本発明のいくつかの実施形態に係るライナ１０１の透視図、上面図、側面図、及び断面図をそれぞれ示す。以下に記載されるライナ１０１の寸法は、有利には、ライナ１０１をリアクタ（例えば、上述のリアクタ１００など）と共に使用するのに適するようにすることができる。
図４Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、キャップ４０１をチャネル１８０の上に配置して、これによってチャンネル１８０を覆うことができる。いくつかの実施形態では、キャップ４０１は、１以上の電気フィードスルー４１０を収容する外方に延びるタブ４０２を含むことができる。電気フィードスルー４１０は、（図１に示される）ヒータ１７８への電力の送電を促進する。いくつかの実施形態では、ライナ１０１は、ライナ１０１の上端に配置され、複数の貫通孔４０８が内部に形成された外側に延びるフランジ４１２を含み、これによってリアクタ内のライナ１０１の設置を容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、１以上の開口部４０６、４１０、４０４が伝導体内に形成され、これによって処理ガス、温度監視装置（例えば、高温計、熱電対など）、及び／又は基板の、ライナ１０１内の領域への導入を促進する。いくつかの実施形態では、ライナ１０１の底部４１８は、下方に延びるフィーチャ４１６を含むことができる。フィーチャ４１６は、存在する場合、ライナ１０１をリアクタ内に設置する際に、ライナ１０１と処理チャンバの排気システムとの間に開口部を提供するようにライナ１０１を位置決めして、これによって例えば、真空ポンプ１３６を処理チャンバの内部容積１０５と結合させることができる。
図４Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、フランジ４１２は、約２５．６９５インチ〜約２５．７０５インチの外径４２０を有することができる。処理チャンバの他のコンポーネントと接続し、これによって処理チャンバ内のライナ１０１の設置を促進するために、複数の貫通孔４０８が配置される。いくつかの実施形態では、複数の貫通孔４０８のうちの第１セットの貫通孔４２１は、第１セットの貫通孔４２１の共通ボルト円４２４が、約２４．９１３インチ〜約２４．９２３インチの直径４２５を有するように、フランジ４１２の周りに配置することができる。いくつかの実施形態では、第１セットの貫通孔４２１は、約０．００５〜約０．０１５インチの直径を有することができる。
いくつかの実施形態では、複数の貫通孔４０８のうちの第２セットの貫通孔４３２は、約０．２１５インチ〜約０．２２５インチの直径４３６を有することができる。いくつかの実施形態では、第２セットの貫通孔４３２は、共通ボルト円４２４上に配置することができる。いくつかの実施形態では、複数の貫通孔４０８のうちの第３セットの貫通孔４３３は、約０．３９５インチ〜約０．４０５インチの直径を有することができる。
いくつかの実施形態では、複数の貫通孔４３４は、伝導性リング１６６の内縁部１６８に隣接して形成され、これによって処理チャンバ内のライナの設置を容易にすることができる。このような実施形態では、複数の貫通孔４３４のうちの各貫通孔間の角度４３７が約４４度〜約４６度となるように、複数の貫通孔４３４を伝導性リング１６６の周りに対称的に配置することができる。いくつかの実施形態では、複数の貫通孔４３４は、各々が約０．３２７インチ〜約０．３３６インチの直径を有することができる。いくつかの実施形態では、伝導性リング１６６は、約１４．１１５〜約１４．１２５インチの内径４１９を有することができる。
図４Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、第２伝導体１７４は、フィーチャ４１６の底部４４３からフランジ４１２の底部４４７まで測定したとき、約７．５６３インチ〜約７．５７３インチの高さ４４０を有することができる。いくつかの実施形態では、フランジ４１２は、約０．５３９インチ〜約０．５４９インチの厚さ４４４を有することができる。いくつかの実施形態では、フィーチャ４１６の底部は、切欠部４４８を有し、これによって処理チャンバ内の他のコンポーネントとの接続を促進することができる。
開口部４０４は、ライナ１０１内の領域に基板を入れることができるように構成される。いくつかの実施形態では、開口部４０４は、基板の出し入れを促進するのに適した厚さ４４１及び幅４４２を有することができる。いくつかの実施形態では、開口部は、開口部４０４の上部４４８がフランジ４１２の底部４４７から約３．３７５インチ〜約３．３８５インチの距離４４６とすることができるように第２伝導体１７４内に形成することができる。
図４Ｄを参照すると、いくつかの実施形態では、第２伝導体１７４は、約２２．５９５インチ〜約２２．６０５インチの外径４４９を有することができる。いくつかの実施形態では、第２伝導体１７４は、約２１．５９５インチ〜約２１．６０５インチの内径４５０を有することができる。いくつかの実施形態では、リッジ１８７は、約１９．６９５インチ〜約１９．７０５インチの内径４５４まで内側へ延びることができる。
いくつかの実施形態では、フィーチャ４１６は、約１．５６３インチ〜約１．５７３インチの高さ４５２を有することができる。いくつかの実施形態では、伝導性リング１６６の厚さ４５１は、約０．１３０インチ〜約０．１４０インチであることができる。
いくつかの実施形態では、チャネル１８０は、約３．００７インチ〜約３．０１７インチの深さ４５３を有することができる。いくつかの実施形態では、チャネル１８０の中心軸４５６の直径４５５が約２２．１００インチ〜約２２．１１０インチとなることができるように、チャネル１８０を第２伝導体１７４内に形成することができる。いくつかの実施形態では、チャネル１８０は、約０．２７０インチ〜約０．２８０インチの厚さ４５８を有する下部を含むことができる。いくつかの実施形態では、チャネル１８０は、（後述する）キャップ４０１の上部リングが、チャネル１８０の上部４５９内に嵌合可能なように構成された上部４５９を含むことができる。
図４Ｅ〜Ｇは、本発明のいくつかの実施形態に係るライナ１０１のキャップ４０１の側面断面図、上面図、及び部分上面図をそれぞれ示す。
図４Ｅを参照すると、キャップ４０１は、概して、上部リング４６０と、上部リング４６０の底部４６３に結合された底部リング４６１を含む。いくつかの実施形態では、キャップ４０１は、約２．９４０インチ〜約２．９５０インチの全体高さ４６２を有することができる。底部リング４６１は（上述された）チャネル１８０の底部４５７内に嵌合するように構成される。いくつかの実施形態では、上部リング４６０は、約０．４２インチ〜約０．４４インチの厚さ４６４を有する。例えば、いくつかの実施形態では、キャップの底部リング４１６は、約２２．３６５インチ〜約２２．３７５インチの外径４６２を有する。いくつかの実施形態では、底部リング４１６は、約２１．８３５インチ〜約２１．８４５インチの内径４６３を有する。
図４Ｆ参照すると、上部リング４６０は、（上述された）チャネル４５９の上部４５９内に嵌合するように構成される。いくつかの実施形態では、上部リング４６０は、約２２．７９５インチ〜約２２．８０５インチの外径４６５を含むことができる。いくつかの実施形態では、上部リング４６０は、約２１．４９５インチ〜約２１．５０５インチの内径４６６を含むことができる。いくつかの実施形態では、外側に延びるタブ４０２は、キャップ４０１の中心４６８から約１４．０３インチ〜約１４．０５インチの距離４６７まで延びることができる。
図４Ｇを参照すると、いくつかの実施形態では、外側に延びるタブ４０２は、タブ４０２の縁部４６５に隣接してタブ４０２に結合されたプレート４９７を含む。プレート４９７は、存在する場合、１以上の電気フィードスルー（図４Ｂには電気フィードスルー４１０が図示される）を固定し、これによってヒータ（図３にはヒータ１７８が図示される）に電力を供給するのを促進する。
いくつかの実施形態では、プレート４９７は、約１．９９インチ〜約２．０１インチの長さ４６６を有することができる。いくつかの実施形態では、プレート４９７は、約０．５４５インチ〜約０．５５５インチの幅４６７を有することができる。いくつかの実施形態では、４つの貫通孔４７８Ａ−Ｄがプレート４９７を貫通して形成され、これによってプレートをタブ４０２に結合させるのを容易にすることができる。いくつかの実施形態では、４つの貫通孔４７８Ａ−Ｄの各々は、プレート４９７の各角の近傍に形成することができる。
第１貫通孔４８５及び第２貫通孔４８６は、プレート４９７の内部４８７に形成され、タブ４０２に形成されたそれぞれの第１導管４８８及び第２導管４８９に結合することができる。第１導管４８８及び第２導管４８９の各々は、第１貫通孔４８５及び第２貫通孔４８６からヒータ（図３にはヒータ１７８が図示される）までの経路を容易にし、これによってヒータに電力を供給するのを促進する。
図１を再び参照すると、第３伝導体１８２は、第１端部１６２とは反対の第１伝導体１６０の第２端部１６４に隣接して配置することができる。いくつかの実施形態では、第３伝導体１８２は、第１端部１６２とは反対の第１伝導体１６０の第２端部１６４に結合することができる。第３伝導体１８２、伝導性リング１６６、及び第１伝導体１６０は、内部容積１０５の第１領域１０７の下方に配置された第２領域１０９に隣接する、又は第２領域１０９を部分的に画定することができる。発明者らは、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２の表面に面する内部容積の温度制御は、基板１１５上の欠陥及び／又は粒子形成を減少させるために利用することができることを発見した。例えば本発明者らは、１以上のコンポーネントの表面に面する内部容積の温度を制御しない場合、様々な種（例えば、処理ガス、プラズマ種及び／又は基板１１５との相互作用から形成される副生成物）が、表面に面する内部容積に形成される可能性があることを発見した。処理中、様々な種が、表面に面する内部容積から剥がれ落ち、基板１１５を汚染する可能性がある。例えば、フッ素（Ｆ）含有ガスを使用したいくつかの実施形態では、チャンバ１０２は、表面に面した内側容積に形成されたフッ素含有種を除去するために、別個のプラズマクリーニングを必要とする場合がある。しかしながら、処理時間及び／又は基板間のアイドル時間中に、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２の表面に面する内部容積の温度の制御を改善することによって、このようなクリーニングの必要性を減らすことができ、リアクタ１００のためのクリーニングの間の平均時間を延長することができる。更に、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２の表面に面する内部容積に沿った温度のばらつきは、処理チャンバ１０２内に形成されるプラズマの不均一性をもたらす可能性がある。このように、本発明の実施形態は、従来の処理チャンバと比較して、処理チャンバ１０２内に形成されるより均一なプラズマをもたらすことができる１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２の表面に面する内部容積に沿って、より均一な温度を促進することができる。また、本発明は、チャンバ内により均一なＲＦ接地経路を提供し、これによってプラズマの均一性を促進する。
いくつかの実施形態では、第３伝導体１８２は、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２の表面に面する内部容積の温度の制御を容易にすることができる。例えば、本発明者らは、第１伝導体１６０の第２端部１６４が、チャンバ壁１３０に（例えば、チャンバ１０２の底部で）直接結合される場合、表面に面する内部容積の温度は、チャンバ壁１３０への急速な熱損失のため制御が困難である可能性がある。例えば、チャンバ壁１３０は、１以上のコンポーネント１６０、１６６、及び／又は１７４の表面に面する内側容積の温度ばらつきをもたらす可能性のあるヒートシンクとして作用する場合がある。したがって、本発明者らは、表面に面した内部容積の温度制御を改善するために、第３伝導体１８２を提供した。例えば、第３伝導体１８２は、第１伝導体１６０が処理チャンバの壁１３０に直接接触するのを防止することができる。したがって、第３伝導体１８２は、チャンバ壁１３０への伝導による熱損失を防止することができ、その代わりに、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２の表面に面する内部容積の周りにより均一な温度分布を促進することができる。本明細書に記載の伝導体及び伝導性リングは、例えば、アルミニウム（例えば、Ｔ６ ６０６１）などの任意の適切なプロセス適合性材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、材料は、陽極酸化又は上にイットリウムのコーティングを堆積させるなど、処理及び／又はコーティングすることができる。
更に、第１伝導体１６０は、第３伝導体１８２を介して処理チャンバ１０２のチャンバ壁１３０に電気的に結合されたままとすることができる。しかしながら、第３伝導体１８２の存在を介して、第１伝導体１６０は、処理チャンバ１０２の壁１３０から熱的に分離することができる。
温度制御は、第２伝導体１７４の外部かつ周りに配置された第４本体１８４によって更に提供することができる。例えば、図１に示されるように、第４本体１８４は、チャンバ壁１３０の上方かつ蓋１２０に近接した第２伝導体１７４の少なくとも一部の下方に配置することができる。いくつかの実施形態では、第４本体１８４は、第２伝導体１７４のフランジとチャンバ壁１３０の間に配置されたリング又はスペーサであることができる。例えば、図示されるように、第４本体１８４は、第１チャネル１８０及びヒータ１７８の位置に近接する第２伝導体１７４の周りに配置することができる。あるいはまた、第４本体１８４は、第２伝導体１７４の周りの任意の適切な位置に配置され、これによって１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２の温度制御を改善することができる。
第４本体１８４は、第２チャネル１８６を通してクーラントを流すための第２チャネル１８６を含むことができる。例えば、クーラントは、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２の内面に所望の温度を提供するために、ヒータ１７８と組み合わせて作用させることができる。クーラントは、任意の適切なクーラント（例えば、エチレングリコール、水などのうちの１以上）を含むことができる。クーラントは、クーラント供給源１８８によって第２チャネル１８６に供給することができる。クーラントは、約６５℃の温度で、又は実行される処理に応じた他の適切な温度で供給することができる。例えば、ヒータ１７８及びクーラントは、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２の内面に、約１００〜約２００℃、又は約１５０℃の温度を提供するために組み合わせて作用させることができる。
１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４及び／又は１８２は、処理チャンバ１０２内の温度制御、プラズマ均一性、及び／又はプロセスの歩留まりを向上させるために追加の構成を含んでもよい。例えば、第２伝導体１７４の開口部は、例えば、処理ガス及び／又は基板の導入を促進させるように陽極酸化してもよい。例えば、第１伝導体１６０、第２伝導体１７４、第３伝導体１８２及び／又は伝導性リング１６６の組成は、熱伝達を改善するように選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第１伝導体１６０、第２伝導体１７４、第３伝導体１８２及び／又は伝導性リング１６６は、アルミニウム（Ａｌ）を含み、いくつかの実施形態では、陽極酸化アルミニウムなどを含むことができる。例えば、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２は、熱伝達を改善するために一体で製作することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２伝導体１７４と伝導性リング１６６は、一体で製作することができる。あるいはまた、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２は、別々の部品から製造され、良好な熱接触を有する強固な接続を提供するのに適切な締結具（例えば、ボルト、クランプ、又はばねなどのうちの１以上）を用いて互いに結合することができる。いくつかの実施形態では、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２の表面に面する内部容積表面にコーティングを形成して、これによってもしもそうでないならば、基板１１５上への粒子堆積、及び／又は基板１１５内に形成される欠陥を促進する可能性のある浸食及び／又は付着を制限することができる。例えば、いくつかの実施形態では、非伝導性コーティングを、第２伝導体１７４及び伝導性リング１６６の表面（例えば、内部容積に面する表面）に形成してもよい。いくつかの実施形態では、非伝導性コーティングは、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などのうちの１以上を含むことができる。
図１に戻って、いくつかの実施形態では、蓋１２０は、実質的に平坦であることができる。チャンバ１０４の他の変更は、他の種類の蓋（例えば、ドーム状の蓋又は他の形状）を有してもよい。誘導結合プラズマ装置１０２は、典型的には、蓋１２０の上方に配置され、ＲＦ電力を処理チャンバ１０４内に誘導結合するように構成される。誘導結合プラズマ装置１０２は、蓋１２０の上方に配置された第１及び第２コイル１１０、１１２を含む。各コイルの相対位置、直径の比、及び／又は各コイルの巻き数は、例えば、各コイルのインダクタンスを制御することを介して形成されるプラズマの形状又は密度を制御するために、要望通りに各々調整することができる。第１及び第２コイル１１０、１１２の各々は、ＲＦ給電構造１０６を介して整合ネットワーク１１４を介してＲＦ電源１０８に結合される。ＲＦ電源１０８は、例示的に、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の調整可能な周波数で、最大約４０００Ｗ（しかしながら、約４０００Ｗに限定されない）を生成することができるが、特定の用途のために要求通りに他の周波数及び電力を提供することもできる。
いくつかの実施形態では、電力分割器１０５（例えば、分割キャパシタ）が、ＲＦ給電構造１０６とＲＦ電源１０８との間に提供され、これによって第１及び第２コイルにそれぞれ供給されるＲＦ電力の相対量を制御することができる。例えば、図１に示されるように、電力分割器１０５は、各コイルに供給されるＲＦ電力量を制御するために（それによって第１及び第２コイルに対応するゾーン内のプラズマ特性の制御を促進するために）、ＲＦ給電構造１０６をＲＦ電源１０８に結合する線内に配置することができる。いくつかの実施形態では、電力分割器１０５は、整合ネットワーク１１４内に組み込むことができる。いくつかの実施形態では、電力分割器１０５の後に、ＲＦ電流が、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に分配されるＲＦ給電構造１０６へと流れる。あるいはまた、分割されるＲＦ電流は、それぞれ第１及び第２ＲＦコイルの各々に直接供給してもよい。
ヒータ（加熱）素子１２１は、蓋１２０の上に配置され、これによって処理チャンバ１０４の内部の加熱を促進することができる。ヒータ素子１２１は、蓋１２０と第１及び第２コイル１１０、１１２との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では。ヒータ素子１２１は、抵抗ヒータ素子を含むことができ、ヒータ素子１２１の温度を約５０〜約１００℃となるように制御するのに十分なエネルギーを提供するように構成された電源１２３（例えば、交流電源）に結合することができる。いくつかの実施形態では、ヒータ素子１２１は、オープンブレークヒータであることができる。いくつかの実施形態では、ヒータ素子１２１は、環状素子などのノーブレークヒータを含み、これによって、処理チャンバ１０４内の均一なプラズマ形成を促進することができる。
動作中には、基板１１５（例えば、半導体ウェハ、又はプラズマ処理に適した他の基板）を基板支持体１１６上に配置することができ、処理ガスをガスパネル１３８から入口ポート１２６を通って供給し、これによって処理チャンバ１０４内にガス状混合物１５０を形成することができる。例えば、処理ガスの導入前に、１以上のコンポーネント１６０、１６６、１７４、及び／又は１８２は、上述のように例えば、ヒータ１７８及びクーラントによって制御され、これによって基板に面する内部容積を約１００〜２００℃、又は約１５０℃の温度にすることができる。ガス状混合物１５０は、プラズマ電源１０８から第１及び第２コイル１１０、１１２に電力を印加することによって、処理チャンバ１０４内で点火してプラズマ１５５にすることができる。いくつかの実施形態では、バイアス電源１２２からの電力を基板支持体１１６に供給することもできる。チャンバ１０４の内部の圧力は、スロットルバルブ１２７及び真空ポンプ１３６を用いて制御することができる。チャンバ壁１３０の温度は、壁１３０を通る液体含有導管（図示せず）を用いて制御することができる。
基板１１５の温度は、基板支持体１１６の温度を安定化させることによって制御することができる。いくつかの実施形態では、ガス供給源１４８からのヘリウムガスを、基板１１５の裏面と基板支持面１１５内に配置された溝（図示せず）との間に画定されたチャネルへとガス管１４９を介して供給することができる。ヘリウムガスは、基板支持体１１６と基板１１５との間の熱伝達を促進するために使用される。処理中に、基板支持体１１６は、基板支持体内の抵抗ヒータ（図示せず）によって定常状態の温度まで加熱することができ、ヘリウムガスは、基板１１５の均一な加熱を促進することができる。このような熱制御を使用して、基板１１５は、例示的には、０〜５００℃の温度に維持することができる。
コントローラ１４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１４４と、メモリ１４２と、ＣＰＵ１４４のためのサポート回路１４６を含み、リアクタ１００のコンポーネントの制御を促進し、このようにして、例えば、本明細書に説明されたプラズマを形成する方法の制御を促進する。コントローラ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの任意の形態のうちの１つであることができる。ＣＰＵ１４４のメモリ又はコンピュータ可読媒体１４２は、容易に入手可能な１以上のメモリ（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、又はデジタルストレージ、ローカル又はリモートの任意の他の形態）であることができる。サポート回路１４６は、慣用の方法で、プロセッサをサポートするために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、入力／出力回路、サブシステム等を含む。メモリ１４２は、本明細書に記載される方法でリアクタ１００の動作を制御するために実行又は呼び出されることができるソフトウェア（ソース又はオブジェクトコード）を格納する。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウェアから離れて配置されている第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納及び／又は実行されることができる。
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る。

Claims (15)

  1. 処理チャンバの内部容積内の基板支持体の周りに配置される大きさの第１伝導体と、
    第１伝導体の第１端部に結合された内縁部を有し、内縁部の半径方向外側に配置された外縁部を有する第１伝導性リングと、
    第１伝導性リングの外縁部に結合され、第１伝導性リングの上方に配置された少なくとも一部を有する第２伝導体であって、第１伝導性リングと、第２伝導体の少なくとも一部が、第１伝導性リングの上方の第１領域を部分的に画定する第２伝導体と、
    第１伝導体、第２伝導体、及び第１伝導性リングを加熱するように構成されるヒータを含む基板を処理するための装置。
  2. 第１端部とは反対の第１伝導体の第２端部に結合された第３伝導体を含み、第３伝導体、第１伝導性リング、及び第１伝導体は、第１領域の下方に配置された第２領域を部分的に画定する請求項１記載の装置。
  3. 第１伝導性リングが、基板支持体の処理面の上方の第１領域を第２領域に流体結合するために第１伝導性リングを貫通して配置された複数の開口部を更に含む請求項２記載の装置。
  4. 第２伝導体は、第１領域から分離された第１チャネルを更に含み、第１チャネルは第２伝導体内かつ第１領域の周りに配置され、ヒータが第１チャネル内に配置される請求項１記載の装置。
  5. 第１伝導体、第２伝導体、第３伝導体、及び第１伝導性リングの各々は、アルミニウム（Ａｌ）を含む請求項１記載の装置。
  6. 第１領域に面する第２伝導体及び第１伝導性リングの表面上に形成された非伝導性コーティングを含む請求項１記載の装置。
  7. 第２伝導体の外部かつ周りに配置され、第２チャネルを介してクーラントを流すための第２チャネルを有する第４本体を含む請求項１記載の装置。
  8. 第２伝導体及び第１伝導性リングは、一体に製造される請求項１記載の装置。
  9. 第１伝導性リングが、基板支持体の処理面の上方の第１領域を、第１伝導性リングの下方に配置された第２領域に流体結合するために、第１伝導性リングを貫通して配置された複数の開口部を更に含む請求項１記載の装置。
  10. 第２伝導体は、第１領域から分離された第１チャネルを更に含み、第１チャネルは第２伝導体内かつ第１領域の周りに配置され、ヒータが第１チャネル内に配置される請求項９記載の装置。
  11. 内部容積及び内部容積内に配置された基板支持体を有する処理チャンバと、
    処理チャンバの内部容積内に配置された前記請求項のいずれか１項記載の基板を処理するための装置を含む基板処理装置。
  12. 請求項３に記載されるように第１伝導体の第２端部に結合された第３伝導体を含み、第３伝導体は、第１伝導体が処理チャンバの壁に接触するのを防止する請求項１１記載の基板処理装置。
  13. 第１伝導体は、第３伝導体を介して処理チャンバの壁に電気的に結合され、第３伝導体を介して処理チャンバの壁から熱的に分離される請求項１２記載の基板処理装置。
  14. 請求項７に記載されるように、第２伝導体の外部かつ周りに配置され、第２チャネルを介してクーラントを流すための第２チャネルを有する第４本体と、
    第４伝導体の第２チャネルにクーラントを供給するクーラント供給源を含む請求項１１記載の基板処理装置。
  15. 処理チャンバの天井の上方に配置され、ＲＦ電源に結合された第１ＲＦコイル及び第２ＲＦコイルを有する誘導結合プラズマ装置を含む請求項１１記載の基板処理装置。
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