JP2015146459A - 表面処理された窒化アルミニウム製バッフル - Google Patents
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Abstract
【課題】改善された窒化アルミニウム製バッフルとその製造方法及び装置を提供する。【解決手段】幾つかの実施形態において、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフル(200)が、窒化アルミニウムと金属酸化物結合剤とを含む本体(202)を含むことができ、本体の表面上における金属酸化物に対する窒化アルミニウムの比は、該本体内における該比より大きいか又はこれと等しい。本体は、中央ステム(204)と、該中央ステムの下部に結合され、そこから半径方向外方に延びる外側環(206)とを有することができる。バッフルを製造する方法は、アルミニウム、窒素、及び金属酸化物結合剤を焼結して、その表面上に過剰な金属酸化物結合剤が配置されたバッフルの本体を形成し、表面から過剰な金属酸化物結合剤のバルクを除去するステップを含むことができる。【選択図】図２Ａ
Description
本発明の実施形態は、一般に、半導体処理装置に関し、より具体的には、半導体基板を処理するための窒化アルミニウム製バッフルに関する。
幾つかの高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）プロセス・チャンバにおいては、基板の処理中、ガスの注入及び分配のためにバッフルを用いることができる。ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ用のバッフルは、典型的には、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）で構成される。しかしながら、より小さいデバイス・ノードにアクセスするために高ＲＦ電力のＨＤＰ−ＣＶＤプロセスを用いると、高温により、酸化アルミニウムと、例えば、ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ用の洗浄ガスとして用いることができる三フッ化窒素等のプロセス・ガスとの反応がもたらされる。従って、他の要因の中でも特に、改善された熱伝導率のために、酸化アルミニウム製バッフルは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製バッフルに置き換えられた。
残念なことに、窒化アルミニウム製バッフルは、幾つかの好都合な特性を有するものの、他の問題が残っている。例えば、窒化アルミニウム製バッフルは、一般に、金属酸化物結合剤を含む焼結プロセスにより製造される。金属酸化物結合剤は、高熱伝導率の焼結窒化アルミニウムをもたらす。しかしながら、焼結後にバッフルの表面上に存在するこれらの結合剤は、望ましくないことに、基板の処理前にバッフルをシーズニングする際、酸化シリコン（ＳｉＯ2）層の接着を妨げる。例えば、シーズニングは、バッフルの材料による基板の汚染を防止することができ、処理又は洗浄中、反応性ガスからバッフルを保護することができる。しかしながら、接着が不十分な酸化シリコンのシーズニング層が、バッフルの表面から剥がれ落ち、従って、処理される基板が汚染されることがあり、また、基板の処理又はチャンバの洗浄中に供給される反応性ガスにより、バッフルが損傷しやすいままとなることもある。金属酸化物結合剤を用いずに、この問題を解消することもできるが、望ましくないことに、そうした手法は、バッフルの熱伝導率を低下させる。
従って、当技術分野において、改善された窒化アルミニウム製バッフル、及びこれを製造する方法に対する必要性がある。
本明細書において、窒化アルミニウム製バッフルに関する方法及び装置が提供される。幾つかの実施形態において、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルは、窒化アルミニウムと金属酸化物結合剤とを含む本体を含むことができ、本体の表面上における金属酸化物結合剤に対する窒化アルミニウムの比は、該本体内における該比より大きいか又はこれと等しい。幾つかの実施形態において、本体は、中央ステムと、該中央ステムの下部に結合され、そこから半径方向外方に延びる外側環とを有することができる。
幾つかの実施形態において、半導体基板を処理するための装置が、内部体積と、その天井内に配置された第１のガス入口とを有するプロセス・チャンバと、第１のガス入口に結合され、第１のプロセス・ガスの流れを第１のガス入口から内部体積に向けるように構成されたバッフルとを有し、該バッフルは、窒化アルミニウムと金属酸化物結合剤とを含む本体を含み、本体の表面上における金属酸化物結合剤に対する窒化アルミニウムの比は、該本体内における該比より大きいか又はこれと等しい。
幾つかの実施形態において、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルは、アルミニウム、窒素、及び金属酸化物結合剤を焼結して、その表面上に過剰な金属酸化物結合剤が堆積されたバッフルの本体を形成し、表面から過剰な金属酸化物結合剤のバルクを除去することを含む方法によって形成することができる。
本発明の幾つかの態様において、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルを製造する方法が提供される。幾つかの実施形態において、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルを製造する方法は、アルミニウム、窒素、及び金属酸化物結合剤を焼結して、その表面上に過剰な金属酸化物結合剤が配置されたバッフルの本体を形成し、表面から過剰な金属酸化物結合剤のバルクを本体の除去するステップを含むことができる。
本発明の幾つかの態様において、半導体基板を処理する方法が提供される。幾つかの実施形態において、半導体基板を処理する方法は、内部体積と、支持部ペデスタルの反対側にある該プロセス・チャンバの天井内に配置された第１のガス入口とを有するプロセス・チャンバ内の基板支持部上に基板を配置するステップと、第１のプロセス・ガスを、金属酸化物結合剤を有する窒化アルミニウム本体を含む、第１のガス入口に結合されたバッフルを通して、内部体積内に流すステップとを含み、ここで、本体の表面上における金属酸化物結合剤に対する窒化アルミニウムの比は、該本体内における該比より大きいか又はこれと等しく、基板を第１のプロセス・ガスで処理するステップをさらに含むことができる。本発明の他の及び更に別の実施形態が、以下に説明される。
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、その幾つかが添付図面に示される実施形態を参照することによって、上記で簡潔に要約された本発明のより具体的な説明をなすことができる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図示するものであり、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態も認め得ることに留意すべきである。
理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通の同じ要素を示すように、同じ参照符号が使用されている。図は、縮尺通りに描かれてはいず、明確にするために簡単化されていることがある。更に詳述することなく、１つの実施形態の要素及び特徴を、他の実施形態に有利に組み込むことができると考えられる。
本明細書において、改善された窒化アルミニウム製バッフルを用いて半導体基板を処理するための方法及び装置が提供される。幾つかの実施形態においては、半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルが、窒化アルミニウムと金属酸化物結合剤とを含む本体を含む。本体の表面上における金属酸化物に対する窒化アルミニウムの比は、本体内における該比より大きい。本体の表面上における金属酸化物の量の減少により、バッフルの表面に対する酸化シリコン・シーズニング層の接着の改善が容易になり、そのことは、さもなければ、窒化アルミニウム製バッフルから剥がれ落ちることがある粒子による、処理中の基板の汚染をさらに防止し、反応性プロセス・ガスによる損傷からバッフルをさらに保護することができる。幾つかの実施形態においては、窒化アルミニウム製バッフルを製造する方法が提供される。この製造方法は、本体の表面上における金属酸化物に対する窒化アルミニウムの比が、本体内における該比より大きい、窒化アルミニウム製バッフルの製造を容易にできるという利点をもたらす。
本発明の窒化アルミニウム製バッフルは、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）を行なうように適合されたものなど、好適なプロセス・チャンバに用いることができる。プロセス・チャンバは、単一のチャンバとして構成してもよく、又は代替的に、クラスタ・ツールの一部として統合してもよい。こうした２つの好適なシステムは、どちらもＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な３００ｍｍのＨＤＰ−ＣＶＤ ＵＬＴＩＭＡ Ｘ及びＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標） ＵＬＴＩＭＡ ＨＤＰ−ＣＶＤである。ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバは、窒化アルミニウムを用いることができる１つの例示的なチャンバにすぎないと考えられる。窒化アルミニウム製バッフルを受けるように適合された１つ又はそれ以上のガス入口を有するいずれの好適なチャンバも、本発明の実施形態による恩恵を受けることができる。
図１は、本発明の幾つかの実施形態による、バッフル２００を有する例示的なＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ１００の概略図を示す。ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ１００は、基板を処理するプラズマ環境を生成し、維持しながら、シリコン（Ｓｉ）基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板等のような基板の温度制御処理に用いることができる。基板の処理中、プラズマは、基板の近くに生成され、基板の温度は、熱伝導流体を基板の裏面に供給することなどにより、種々の技術を用いて制御される。
ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ１００は、基板支持部１０２を有する内部体積１０１を有し、バッフル２００が内部に配置されたプロセス・チャンバ１１０を含む。プロセス・チャンバ１１０は、真空システム１１２と、ソース・プラズマ・システム１１４と、バイアス・プラズマ・システム１１６と、ガス供給システム１１８と、遠隔プラズマ洗浄システム（図示せず）とをさらに含むことができる。
処理中、上に配置された基板１０６を支持するために、プロセス・チャンバ１１０内に基板支持部１０２を配置することができる。基板支持部１０２は、基板１０６を基板支持部１０２にクランプするための静電チャック１０８、又は、以下により詳細に説明されるような他の構成要素等の、種々の構成要素を含むことができる。随意的に、プロセス・キット（図示せず）を用いて、基板１０６が上に配置されたときに、該基板１０６で覆われない基板支持部１０２の少なくとも一部を覆うことができる。処理中の基板１０６の表面の汚染を減らし、チャンバ洗浄プロセス中の洗浄時間を減らすように、プロセス・キットを構成することができる。
プロセス・チャンバ１１０の上部は、ドーム１２１を含むことができ、このドーム１２１は、アルミナ又は窒化アルミニウム等の誘電材料で作製することができる。このドーム１２１は、プラズマ処理領域１２０の上方境界を定める。プラズマ処理領域１２０の底部は、基板１０６及び基板支持部１０２によって境界される。
ヒーター・プレート１２２及び冷却プレート１２４が、ドーム１２１の上に載っており、該ドーム１２１に熱的に結合される。ヒーター・プレート１２２及び冷却プレート１２４は、摂氏約１００度から２００度までの範囲にわたって、およそ摂氏＋／−１０度の範囲内でドーム温度を制御することを可能にする。このことにより、種々のプロセスに対してドーム温度を最適化することが可能になる。例えば、堆積プロセスのためよりも高い洗浄又はエッチング・プロセスのための温度にドームを維持することが望ましい場合がある。ドーム温度の正確な制御はまた、プロセス・チャンバ内の剥片又は粒子カウントも減らし、堆積された層と基板との間の接着を改善する。
ドーム１２１は、内部に配置された上部ノズル１５０と、該ドーム１２１を通って配置された上部通気孔１５２とを含むことができ、ガス供給システム１１８に関して以下にさらに説明されるように、これらを用いて、ガスをプロセス・チャンバ１１０内に導入することができる。図１及び図２Ａ−図２Ｂに関して以下に説明されるように、上部ノズル１５０は、ガス入口（例えば、図２Ａに関して以下に説明されるガス入口２０８）においてバッフル２００に結合され、上部通気孔１５２は、プロセス・チャンバ１１０に通じており、バッフル２００の裏側（例えば、図２Ａに関して以下に説明される裏側２０３）に向けられる。
図２Ａ−図２Ｂを参照すると、バッフル２００は、一般に、プロセス・チャンバ内でガスを所望のように向けるための形状を有する本体２０２を含む。例えば、バッフル２００は、ガス入口（図１に示す上部ノズル１５０のような）と基板支持部（図１に示す基板支持部１０２のような）との間に配置することができ、かつ、プロセス・ガスを所望の通りに向けるように、ドーム１２１（図１に示す）から隔てられ、これと対向する裏側２０３と、基板１０６及び基板支持部１０２（図１に示す）と向き合って配置された前側２０１とを含むことができる。バッフル２００は、一般に、窒化アルミニウムと、金属酸化物結合剤とを含む。バッフル２００は、本体２０２の表面上における金属酸化物に対する酸化アルミニウムの比が、本体２０２内における金属酸化物に対する酸化アルミニウムの比より大きい。
金属酸化物結合剤、及び、金属酸化物に対する酸化アルミニウムの比についての説明を含む、窒化アルミニウム製バッフルの製造方法が、本発明の幾つかの実施形態に従った、窒化アルミニウム製バッフルを製造する方法３００を示す流れ図を示す図３に関連して、以下に説明される。
この方法３００は、アルミニウム、窒素、及び金属酸化物結合剤からバッフル（又は本体２０２）を焼結することができる３１０で始まる。一般に、焼結プロセスは、粉末が互いに接着して固体（例えば、本体２０２）を形成するまで、圧力をかけて粉末を融点未満に加熱することを含む。幾つかの実施形態においては、窒化アルミニウム粉末及び金属酸化物粉末を焼結し、本体２０２を形成することができる。
金属酸化物結合剤を用いて、窒化アルミニウムの粒子の接着を容易にし、バッフル２０２の熱伝導率を向上させることができる。幾つかの実施形態においては、金属酸化物結合剤は、酸化イットリウム又は酸化エルビウムの少なくとも一方を含む。金属酸化物結合剤を窒化アルミニウム粉末に添加し、次いで焼結してもよく、又は代替的に、焼結前に付加的な金属酸化物剤を必要としないように、窒化アルミニウム粉末が、十分な量の金属酸化物不純物を含んでいてもよい。幾つかの実施形態においては、約０．１質量パーセントから約１０質量パーセントまでの間の金属酸化物が、バッフル２００内に存在し得る。
本発明者らは、従来の窒化アルミニウム製バッフルに関する幾つかの問題に気付いた。例えば、本発明者らは、酸化シリコン・シーズニング層などの不均一な被覆が、従来の窒化アルミニウム製バッフルの表面上に生じる傾向があることに気付いた。こうした不均一な被覆は、被覆の剥がれ落ち（例えば、被覆の不均一な蓄積、又は、バッフルの表面上の金属酸化物の遊離砥粒が原因の）、及び、後に起こり得る基板の汚染、有害なプロセス・ガスへのバッフルの曝露などをもたらしかねない。この問題を調べることによって、本発明者らは、従来の焼結技術を用いた場合、焼結プロセスにより、バッフルの表面上に過剰な金属酸化物が配置されたバッフルがもたらされることに気付いた。例えば、図５Ａは、１００倍の倍率で表示された、窒化アルミニウム製バッフルの実際の表面の概略図を示し、窒化アルミニウム５０２の表面上に存在する過剰な金属酸化物５０４の領域を明確に示す。過剰な金属酸化物５０４の領域は、ずっと暗い色の窒化アルミニウム５０２の上にある白っぽい又は明るい色の領域として見られる。
図５Ｂは、５００倍の倍率で表示された、窒化アルミニウム製バッフルの実際の表面の概略図を示し、窒化アルミニウム５０２の表面上に存在する過剰な金属酸化物５０４の領域を明確に示す。より拡大された図５Ｂにより明確に見られるように、過剰な金属酸化物５０４の粒子構造は、窒化アルミニウム５０２の粒子構造と全く異なる。さらに、過剰な金属酸化物５０４は、窒化アルミニウム５０２内により均一に配置又は統合されるものと比べて、窒化アルミニウム５０２の上に配置された領域すなわち「島」として形成されているように見える。焼結プロセス中に金属酸化物結合剤が絞り出され、移動するために、表面上に配置された過剰な金属酸化物が、本体のほぼ全体にわたる量より多く存在することがある。本発明者らは、従来のバッフルにおいて観察される問題は、少なくとも部分的には、窒化アルミニウム製バッフルの表面上における過剰な金属酸化物の存在に起因するものであると考える。
図５Ｂは、５００倍の倍率で表示された、窒化アルミニウム製バッフルの実際の表面の概略図を示し、窒化アルミニウム５０２の表面上に存在する過剰な金属酸化物５０４の領域を明確に示す。より拡大された図５Ｂにより明確に見られるように、過剰な金属酸化物５０４の粒子構造は、窒化アルミニウム５０２の粒子構造と全く異なる。さらに、過剰な金属酸化物５０４は、窒化アルミニウム５０２内により均一に配置又は統合されるものと比べて、窒化アルミニウム５０２の上に配置された領域すなわち「島」として形成されているように見える。焼結プロセス中に金属酸化物結合剤が絞り出され、移動するために、表面上に配置された過剰な金属酸化物が、本体のほぼ全体にわたる量より多く存在することがある。本発明者らは、従来のバッフルにおいて観察される問題は、少なくとも部分的には、窒化アルミニウム製バッフルの表面上における過剰な金属酸化物の存在に起因するものであると考える。
従って、本発明者らは、バッフルの表面上の過剰な金属酸化物をなくす又は減らすことにより、従来の窒化アルミニウム製バッフルに優る利点を提供できると考える。従って、幾つかの実施形態において、バッフル２００は、本体２０２内における比より大きいか又はこれに等しい、表面上における金属酸化物に対する窒化アルミニウムの比を有することができる。幾つかの実施形態においては、バッフル２００には、実質的に、本体２０２の表面上に過剰な金属酸化物がない場合がある。
図３に戻ると、３２０において、バッフル２００（例えば、本体２０２）の表面から、過剰な金属酸化物結合剤のバルク（例えば、大部分）が除去される。幾つかの実施形態においては、例えば、サンド・ブラスト、グリット・ブラスト、ウェット・ブラスト、機械研削、機械研磨等のうちの少なくとも１つによるバルク除去ステップにおいて、バッフル２００又は本体２０２の表面から、過剰な金属酸化物結合剤のバルクを除去することができる（図３の３２２に示されるような）。幾つかの実施形態においては、表面洗浄及び処理ステップが、腐食性の酸で洗浄することを含むことができる（図３の３２４に示されるような）。好適な腐食性の酸は、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、水酸化ケイ素（ＳｉＨ4）等を含むことができる。腐食性の酸は、脱イオン（ＤＩ）水中で適切な濃度に希釈することができる。腐食性の酸とＤＩ水との洗浄溶液を必要に応じて薄く又は濃くし、金属酸化物の最終的な除去及び／又はバッフルの窒化アルミニウム表面の処理を行なうことができる。窒化アルミニウムの表面洗浄及び処理は、バッフルの表面上又はその近くのあらゆる過剰な金属酸化物の除去を容易にするだけではなく、窒化アルミニウム製バッフルの表面をエッチングするか、又は他の方法で改質し、その上に形成される層（酸化シリコン・シーズニング層のような）のより大きな接着を助長することもできる。
バッフル２００（又は、本体２０２）の表面から過剰な金属酸化物結合剤を除去することにより、本体の表面上における金属酸化物に対する窒化アルミニウムの比が、本体内における比より大きいか又はこれと等しいバッフルを提供することが容易になる（例えば、表面は、主として、本体におけるような、窒化アルミニウム及び金属酸化物の類似融合体である）。例えば、図５Ａ−図５Ｂに示されるような従来のバッフルの表面の図と比較すると、バッフル２００の表面の観察では、同じ倍率において、バッフル２００の表面上に視覚的に検出可能な金属酸化物は見られない。
バッフル２００の表面からの過剰な金属酸化物のバルクの除去が完了すると、本方法３００は一般に終了し、図１に関して上述されるように、バッフル２００は、必要に応じてさらに処理することができ、又は、プロセス・チャンバに取り付けることができる。
図２に戻ると、幾つかの実施形態においては、バッフル２００は、中央ステム２０４及び外側環２０６を有することができるが、他のチャンバ又は用途においては、他の幾何学的形状を用いてもよい。図１に関して上述されたように、中央ステム２０４は、該中央ステム２０４を上部ノズル１５０に結合するための、該中央ステム２０４の上部に配置されたガス入口２０８を含む。中央ステム２０４は、該中央ステム２０４の下部内に配置され、かつ、チャネル２０９を介してガス入口２０８に流体結合された複数のガス出口２１０をさらに含むことができる。複数のガス出口２１０により、ガス入口２０８を介する、上部ノズル１５０から、バッフル２００の前側２０１へのガスの流れが容易になる。
図２Ａに示すように、中央ステム２０４の下部は、バッフル２００の前側２０１上の外側環２０６の表面に対して、前側２０１上の隆起面を有する。幾つかの実施形態においては、隆起面を用いて、各々のガス出口２１０を出るガスが、バッフル２００の中心軸（又は、その下に配置される基板の中心軸）に対して角度をなして流れるように、各々のガス出口２１０からのガスの流れを向けることができる。しかしながら、中央ステム２０４の下部は、代替的に、バッフル２００の前側２０１上に、平面形状、陥凹形状、又は他の表面形状を有してもよい。さらに、複数のガス出口２１０のうちの１つ又はそれ以上を、平行に、直角に、又はそれらの間のあらゆる好適な角度に配向して、基板１０６の表面に対するガスの流れを容易にすることができる。
図２Ｂを参照すると、幾つかの実施形態においては、複数のガス出口２１０を、バッフル２００の前側２０１上に円形パターンで均等に離間配置することができる。代替的に、複数のガス出口２１０を、基板１０６の表面へのガスの流れを容易にするのに必要な任意の好適なパターンで離間配置することもでき、従って、その構成は、均等又は円形に離間配置することに限定されるものではない。
図２Ａを参照すると、幾つかの実施形態においては、外側環２０６は、これを通って配置される複数の孔２１２を含むことができる。この複数の孔２１２は、バッフル２００の裏側２０３から前側２０１へのガスの流れを容易にすることができる。さらに、外側環２０６は付加的に、又は複数の孔２１２がない場合、外側環２０６の縁部の周りを流れるガスを介して、裏側２０３から前側２０１へのガスの流れを容易にすることができる。例えば、図１に示すように、上部通気孔１５２を介してバッフル２００の裏側２０３に供給されたガスは、一部が外側環２０６の周りにそらされ、一部が外側環２０６内に形成された複数の孔２１２を通って流れ、プロセス・チャンバ内に所望のガス分配を提供することができる。
図２Ｂを参照すると、複数の孔２１２は、例えば、円形パターンで均等に配置することができる。幾つかの実施形態においては、示されるように、各々のガス出口２１０の間に各々の孔２１２を配置することができる。代替的に、各々の孔２１２を各々のガス出口２１０に対して任意の好適な構成で位置合わせ又は配向し、プロセス・チャンバ内のプロセス・ガスの流れを容易にすることができる。
図１に戻ると、プロセス・チャンバ１１０の下部は、該プロセス・チャンバ１１０を真空システム１１２に接合する本体部材１２６を含むことができる。基板支持部１０２は、本体部材１２６内に取り付けることができる。静電チャック１０８又は他の機構を基板支持部１０２内又はその上に設けて、基板１０６を該基板支持部１０２に固定することができる。プロセス・チャンバ１１０の内側の挿入／取り外し用開口部１２８を通して、ロボット・ブレード（図示せず）により、基板１０６をプロセス・チャンバ１１０の内外に出し入れすることができる。空気圧アクチュエータ（図示せず）が、リフトピン・プレート（図示せず）を上下させ、該リフトピン・プレートがリフト・ピン（図示せず）を上下させ、該リフトピンが基板１０６を上下させる。プロセス・チャンバ１１０内に移送されると、基板１０６は、持ち上がったリフトピン上に配置され、次いで、基板支持部１０２の表面の上に下げられる。
真空システム１１２は、マルチブレード・スロットル弁１３２を収容し、ゲート弁１３４及びターボ分子ポンプ１３６に取り付けられたスロットル本体１３０を含む。スロットル本体１３０は、ガス流に対する障害を最小にすることができ、対称的なポンピングを可能にする。ゲート弁１３４は、ターボ分子ポンプ１３６をスロットル本体１３０から隔離し、さらに、スロットル弁１３２が全開のときに排気流量を制限することにより、プロセス・チャンバ１１０の圧力を制御することができる。スロットル弁１３２、ゲート弁１３４、及びターボ分子ポンプ１３６の構成は、約１ミリトールから１００ミリトールまでの、プロセス・チャンバ１１０内の圧力の正確かつ安定した制御を可能にする。
ソース・プラズマ・システム１１４は、ドーム１２１上に取り付けられた上部コイル１３８及び側部コイル１４０を含む。対称的な接地シールド（図示せず）が、上部コイル１３８と側部コイル１４０との間の電気的結合を低減させる。上部コイル１３８は、上部ＲＦソース発生器１３７により電力供給され、一方、側部コイル１４０は、側部ＲＦソース発生器１４１により電力供給され、各々のコイルについて独立した電力レベル及び動作周波数を可能にする。この二重コイル・システムは、プロセス・チャンバ１１０におけるラジカルイオン密度の制御を可能にし、それにより、プラズマの均一性が改善される。側部コイル１４０及び上部コイル１３８は、プロセス・チャンバ１１０内のエネルギーを誘導結合する。上部ＲＦソース発生器１３７は、公称２ＭＨｚにおいて８０００ＷまでのＲＦ電力を提供し、側部ＲＦソース発生器１４１は、公称２ＭＨｚにおいて８０００ＷまでのＲＦ電力を提供することができる。上部ＲＦソース発生器１３７及び側部ＲＦソース発生器１４１の動作周波数を、公称動作周波数（例えば、それぞれ１．７−１．９ＭＨｚ及び１．９−２．１ＭＨｚ）からオフセットさせ、プラズマ発生効率を向上させることもできる。
幾つかの実施形態においては、ＲＦ発生器１３７及び１４１は、デジタル制御式シンセサイザを含み、約１．７ＭＨｚから約２．１ＭＨｚまでの周波数範囲にわたって動作する。当業者であれば理解するように、発生器１３７及び１４１の各々は、プロセス・チャンバ１１０並びにコイル１３８及び１４０から発生器に戻る反射電力を測定し、動作周波数を調整して、最も低い反射電力を得る、ＲＦ制御回路（図示せず）を含むことができる。ＲＦ発生器１３７及び１４１は、典型的には、５０オームの特性インピーダンスを有する負荷で動作するように設計される。ＲＦ電力は、発生器とは異なる特性インピーダンスを有する負荷から反射されることがある。このことは、負荷に伝達される電力を減らすことがある。付加的に、負荷から再び発生器に反射される電力が、発生器を過負荷状態にし、これを損傷させることがある。プラズマのインピーダンスは、他の要因の中でも特にプラズマ・イオン密度に応じて、５オーム未満から９００オーム超までの範囲に及ぶことがあり、反射電力は、周波数の関数であるため、反射電力に従って発生器の周波数を調整することにより、ＲＦ発生器からプラズマに伝達される電力が増大し、発生器が保護される。反射電力を減らし、効率を向上させる別の方法は、整合回路を用いるものである。
整合回路１３９及び１４２は、ＲＦ発生器１３７及び１４１の出力インピーダンスを、それぞれコイル１３８及び１４０と整合させる。ＲＦ制御回路は、整合回路１３９及び１４２内のコンデンサの値を変化させることによって整合回路１３９及び１４２を調整し、負荷が変化したときに、発生器を負荷に整合させることができる。負荷から再び発生器に反射された電力が一定の限度を超えたとき、ＲＦ制御回路は、整合回路を調整することができる。一定の整合をもたらし、ＲＦ制御回路を効率的にディスエーブルにして整合回路を調整できなくする１つの方法は、反射電力の限度を、反射電力のあらゆる予想値より高く設定することである。このことは、最新の状態で整合回路を一定に保持することにより、幾つかの条件下でプラズマを安定化させる助けとなり得る。
バイアス・プラズマ・システム１１６は、ＲＦバイアス発生器１４４と、バイアス整合回路１４６とを含む。バイアス・プラズマ・システム１１６は、静電チャック１０８を本体部材１２６に容量結合させ、補完的な電極として働くことができる。バイアス・プラズマ・システム１１６は、基板１０６の表面への、ソース・プラズマ・システム１１４により生成されたプラズマ種の伝達を強化するように働く。幾つかの実施形態においては、ＲＦバイアス発生器１４４は、１３．５６ＭＨｚにおいて、１００００ＷまでのＲＦ電力を提供することができる。
他の手段もプラズマの安定化を助けることができる。例えば、ＲＦ制御回路を用いて、負荷（プラズマ）に供給される電力を求め、発生器の出力電力を増減させて、層の堆積中に供給される電力を実質的に一定に保持することができる。
ガス供給システム１１８は、複数のガス源（図示せず）を含むことができる。幾つかの実施形態においては、ガス源は、シラン、分子酸素、ヘリウム、アルゴンなどを含むことができる。ガス供給システム１１８は、ガス供給ライン１１９（一部だけを示す）を介して、基板１０６を処理するために、幾つかの源からプロセス・チャンバ１１０にガスを提供する。ガスは、ガス・リング１４８、上部ノズル１５０及び上部通気孔１５２を通って、プロセス・チャンバ１１０に導入される。ガス源は、流量コントローラ（図示せず）及びガス供給ライン１１９を介して、ガス・リング１４８、上部ノズル１５０及び上部通気孔１５２に提供することができる。ガス供給ライン１１９は、プロセス・ガスの流量を制御するための流量コントローラ（図示せず）を有することができる。上部ノズル１５０及び上部通気孔１５２により、ガスの上部の流れ及び側部の流れを独立して制御することが可能になり、それにより、膜の均一性が改善され、堆積層とドーピング・パラメータの微調整が可能になる。上部通気孔１５２は、これを通って、ガスがガス供給システム１１８からプロセス・チャンバ１１０に流入できる、上部ノズル１５０の周りの環状開口部である。
ガスは、流量コントローラ及びガス供給ライン１１９を介して、ガス供給システム１１８の１つ又はそれ以上のガス源からガス・リング１４８に提供される。ガス・リング１４８は、基板１０６にわたって均一なガスの流れを与える複数のガス・ノズル１５３及び１５４（２つだけを示す）を有する。ガス・リング１４８を変化させることによって、ノズル長及びノズル角度を変化させることができる。このことは、プロセス・チャンバ１１０内の特定のプロセスに対する均一性プロファイル及びガス利用効率の調整を可能にする。幾つかの実施形態においては、ガス・ノズル１５４（１つだけを示す）は、第２のガス・ノズル１５３と同一平面上にあり、これより短い。
本発明の幾つか実施形態においては、可燃性ガス、有毒ガス、又は腐食性ガスを用いることができる。こうした場合、堆積後、ガス供給ライン１１９内に残っているガスを排除することが望ましい。このことはさらに、１つ又はそれ以上の三方弁（図示せず）を用いて、プロセス・チャンバ１１０を１つ又はそれ以上のガス供給ライン１１９から隔離し、かつ、１つ又はそれ以上のガス供給ライン１１９を真空フォアライン（図示せず）にガス抜きすることによって達成することができる。できる限りプロセス・チャンバ１１０の近くに三方弁を配置して、ガス抜きされていないガス供給ラインの体積（三方弁とプロセス・チャンバとの間の）を最小にすることができる。付加的に、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）とプロセス・チャンバ１１０との間、又は、ガス源とＭＦＣとの間に、二方（オン・オフ）弁（図示せず）を配置することもできる。
ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ１００は、プロセス・チャンバ１１０の上部ノズル１５０に洗浄ガスを提供するための、遠隔洗浄ＲＦプラズマ源（図示せず）をさらに含むことができる。幾つかの実施形態においては、洗浄ガス（用いられる場合）は、他の位置でプロセス・チャンバ１１０に入ることができる。
システム・コントローラ１６０が、プラズマ・ベースの基板処理システム１００の動作を調節し、プロセッサ１６２とメモリ１６４とを含む。典型的には、プロセッサ１６２は、アナログ及びデジタルの入力／出力ボード、インターフェース・ボード、及びステッピングモータ・コントローラ・ボードを含むシングル・ボード・コンピュータ（ＳＢＣ）の一部である。プラズマ・ベースの基板処理システム１００の種々の構成要素は、ボード、カードケージ、並びに、コネクタの形式及び寸法を定めるＶｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）規格に準拠する。ＶＭＥ規格は、１６ビットのデータ・バス及び２４ビットのアドレス・バスを有するバス構造をさらに定める。プロセッサ１６２は、メモリ１６４内に格納されるコンピュータ・プログラムとすることができる、システム制御ソフトウェアを実行する。ハード・ディスク・ドライブ、フロッピー（登録商標）・ディスク・ドライブ、カードラック、又はこれらの組み合わせといった任意のタイプのメモリ１６４を用いることができる。システム制御ソフトウェアは、タイミング、ガス混合、プロセス・チャンバの圧力、プロセス・チャンバの温度、マイクロ波の電力レベル、ペデスタルの位置、及び特定のプロセスの他のパラメータを命じる命令の組を含む。
動作中、装置１００を用いて、基板１０６を有利に処理し、粒子汚染の発生率を減少させ、バッフル寿命を延ばすことができる。例えば、本明細書で与えられる教示に従ったバッフルを用いて基板を処理する方法が、図４を参照して以下に説明される。図４は、本発明の幾つかの実施形態による基板を処理する方法４００を示す流れ図である。図４の方法４００は、図１及び図２Ａ−図２Ｂを参照してさらに説明される。
方法４００は、本明細書に開示される教示に従って、バッフルが内部に配置されたプロセス・チャンバに基板を提供することができる、４１０で始まる。例えば、基板１０６は、バッフル２００の下方にある、プロセス・チャンバ１１０の基板支持部１０２上に配置することができる。幾つかの実施形態においては、基板を処理する前に、プロセス・チャンバ及びバッフルをシーズニングして、基板の均一な処理を容易にし、かつ、処理中にチャンバの構成要素を処理環境から保護することができる。例えば、４１２において、バッフル（例えば、バッフル２００）が内部に配置されたプロセス・チャンバ（例えば、プロセス・チャンバ１１０）を設けることができる。４１４において、バッフル２００上に（例えば、バッフル２００の表面上に）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）のようなシーズニング層を形成することができる。シーズニング層は、任意の好適な方法で形成することができる。しかしながら、その表面上の金属酸化物の存在の低減、及び／又は、窒化アルミニウムの表面処理のために、バッフル２００上により均一なシーズニング層を形成することができる。
次に、４２０において、バッフル２００を通して、プロセス・チャンバ１１０内に、プロセス・ガスを流すことができる。例えば、１又はそれ以上のプロセス・ガスを、少なくともバッフル２００を通して（例えば、図２Ａ−図２Ｂに示す入口２０８、チャネル２０９、及び出口２１０を介して）、ガス供給システム１１８からプラズマ処理領域１２０内に提供することができる。１又はそれ以上のプロセス・ガスを、代替的に又は組み合わせて、上部通気孔１５２を介してプラズマ処理領域１２０に供給し、外側環２０６の縁部を介して、及び／又は、孔２１２を通して、裏側２０３から前側２０１に流すことができる。１又はそれ以上のプロセス・ガスは、プラズマ処理領域１２０において混合することができ、ＲＦ電力を、基板支持部１０２、上部コイル１３８、又は側部コイル１４０内に配置された電極のうちの１つ又はそれ以上に適用することにより、点火してプラズマを発生させることができる。
４３０において、基板１０６上に層（図示せず）を堆積させることができる。バッフル２００上に配置されたより均一なシーズニング層、及び、該バッフルへのシーズニング層の改善された接着のため、基板１０６上に堆積された層は、粒子欠陥が減少しているという有利な結果をもたらす。基板１０６上への層の堆積が完了すると、一般に、方法４００は終了する。基板の付加的な処理を、同じ又は異なるプロセス・チャンバ内で行ない、基板１０６上の構造の製造を完了することができる。例示的なプロセス・チャンバにおける特定の方法が例証として示されたが、本教示に従った、バッフルが内部に配置された類似の又は異なるプロセス・チャンバにおいて、他の方法を有利に行なうこともできる。例えば、バッフル２００を用いて、例えば、非プラズマ支援ＣＶＤ法、原子層堆積（ＡＬＤ）法、又はバッフルの表面を保護するためにシーズニング層を用いる他の方法など、プラズマが形成されない状態で、１又はそれ以上のプロセス・ガスを流すことができる。本明細書に説明されるバッフルを有利に用いることができる、エッチング等のような他の方法においても、バッフル２００を用い得ると考えられる。
このように、本明細書において、改善された窒化アルミニウム製バッフルに関する方法及び装置が提供された。改善された窒化アルミニウム製バッフルは、該窒化アルミニウム製バッフルの表面上に、低減された金属酸化物含有量を有するという有利な結果をもたらす。改善されたバッフルは、窒化アルミニウム製バッフルの表面上に、より均一な酸化シリコン・シーズニング層の形成を有利に容易にすることができ、さらに、バッフルの表面に対するシーズニング層のより大きな接着力を有利に高めることができ、それにより、処理の均一性が向上され、処理される基板表面上の粒子欠陥が減少する。改善された窒化アルミニウム製バッフルは、さらに、シーズニング層のより均一な被覆のために、より長い寿命を有することができる。
上記は、本発明の実施形態に向けられるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、他の及び更に別の実施形態を考案することができる。
１００ チャンバ
１０１ 内部体積
１０２ 基板支持部
１０６ 基板
１０８ 静電チャック
１１０ プロセス・チャンバ
１１２ 真空システム
１１４ ソース・プラズマ・システム
１１６ バイアス・プラズマ・システム
１１８ ガス供給システム
１１９ ガス供給ライン
１２０ プラズマ処理領域
１２１ ドーム
１２２ ヒーター・プレート
１２４ 冷却プレート
１２６ 本体部材
１２８ 挿入／取り外し用開口部
１３０ スロットル本体
１３２ マルチブレード・スロットル弁
１３４ ゲート弁
１３６ ターボ分子ポンプ
１３７ 上部ＲＦソース発生器
１３８ 上部コイル
１３９、１４２ 整合回路
１４０ 側部コイル
１４１ 側部ＲＦソース発生器
１４４ ＲＦバイアス発生器
１４６ バイアス整合回路
１４８ ガス・リング
１５０ 上部ノズル
１５２ 上部通気孔
１５３、１５４ ガス・ノズル
１６０ システム・コントローラ
１６２ プロセッサ
１６４ メモリ
２００ バッフル
２０１ 前側
２０２ 本体
２０３ 裏側
２０４ 中央ステム
２０６ 外側環
２０８ ガス入口
２０９ チャネル
２１０ ガス出口
２１２ 孔
５０２ 窒化アルミニウム
５０４ 金属酸化物
１０１ 内部体積
１０２ 基板支持部
１０６ 基板
１０８ 静電チャック
１１０ プロセス・チャンバ
１１２ 真空システム
１１４ ソース・プラズマ・システム
１１６ バイアス・プラズマ・システム
１１８ ガス供給システム
１１９ ガス供給ライン
１２０ プラズマ処理領域
１２１ ドーム
１２２ ヒーター・プレート
１２４ 冷却プレート
１２６ 本体部材
１２８ 挿入／取り外し用開口部
１３０ スロットル本体
１３２ マルチブレード・スロットル弁
１３４ ゲート弁
１３６ ターボ分子ポンプ
１３７ 上部ＲＦソース発生器
１３８ 上部コイル
１３９、１４２ 整合回路
１４０ 側部コイル
１４１ 側部ＲＦソース発生器
１４４ ＲＦバイアス発生器
１４６ バイアス整合回路
１４８ ガス・リング
１５０ 上部ノズル
１５２ 上部通気孔
１５３、１５４ ガス・ノズル
１６０ システム・コントローラ
１６２ プロセッサ
１６４ メモリ
２００ バッフル
２０１ 前側
２０２ 本体
２０３ 裏側
２０４ 中央ステム
２０６ 外側環
２０８ ガス入口
２０９ チャネル
２１０ ガス出口
２１２ 孔
５０２ 窒化アルミニウム
５０４ 金属酸化物
Claims (15)
- 半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルであって、
窒化アルミニウム及び金属酸化物結合剤を含む本体を含み、前記本体の表面上における金属酸化物結合剤に対する窒化アルミニウムの比は、該本体内における前記比より大きいか又はこれと等しいことを特徴とするバッフル。 - 前記金属酸化物結合剤は、酸化イットリウム又は酸化エルビウムのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッフル。
- 前記本体は、
中央ステムと、
前記中央ステムの下部に結合され、そこから半径方向外方に延びる外側環と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッフル。 - 前記中央ステムの上部に配置されたガス入口と、
前記中央ステムの下部に配置され、前記ガス入口に流体結合された複数のガス出口と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッフル。 - 前記バッフルの裏側から該バッフルの前側へのプロセス・ガスの流れを容易にするように、前記外側環を通って配置された複数の孔をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッフル。
- 半導体基板を処理するための装置であって、
内部体積と、その天井内に配置された第１のガス入口とを有するプロセス・チャンバと、
前記第１のガス入口に結合され、第１のプロセス・ガスの流れを、前記第１のガス入口から前記内部体積に向けるように構成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッフルと、
を含むことを特徴とする装置。 - 半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフルを製造する方法であって、
アルミニウム、窒素、及び金属酸化物結合剤を焼結して、過剰な金属酸化物結合剤がその表面上に配置された、前記バッフルの本体を形成し、
前記表面から前記過剰な金属酸化物結合剤のバルクを除去する、
ステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記本体の前記表面から前記過剰な金属酸化物結合剤の前記バルクを除去するステップは、
前記表面から前記過剰な金属酸化物結合剤の前記バルクを除去し、前記本体の前記表面上における前記金属酸化物結合剤に対する窒化アルミニウムの比が、該本体内における前記比より大きいか又はこれと等しくなるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記過剰な金属酸化物結合剤の前記バルクを除去するステップは、
前記本体の前記表面のサンド・ブラスト、グリット・ブラスト、ウェット・ブラスト、機械研削、又は機械研磨のうちの少なくとも１つによって、前記過剰な金属酸化物結合剤の前記バルクを除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記過剰な金属酸化物結合剤の前記バルクを除去するステップは、
前記金属酸化物結合剤の前記バルクを除去した後、前記バッフルの前記表面を、腐食性の酸を含む溶液にさらすステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。 - 前記金属酸化物結合剤は、酸化イットリウム又は酸化エルビウムのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 請求項７から請求項１１までに記載の前記方法により形成された半導体プロセス・チャンバで用いるためのバッフル。
- 半導体基板を処理する方法であって、
内部体積と、前記支持部ペデスタルの反対側にある前記プロセス・チャンバの天井内に配置された第１のガス入口とを有するプロセス・チャンバ内の基板支持部上に、基板を配置し、
第１のプロセス・ガスを、前記第１のガス入口に結合された、請求項１から請求項５までのいずれかに記載のバッフルを通して、前記内部体積内に流し、
前記基板を前記第１のプロセス・ガスで処理する、
ステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記基板を処理する前に、前記バッフルの前記表面上にシーズニング層を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記第１のプロセス・ガス及び前記第２のプロセス・ガスの流れの結果として、前記基板の前記表面上に材料の層を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
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