JP2021532599A - 反応チャンバおよびプラズマ装置 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、反応チャンバおよびプラズマ装置を開示する。反応チャンバは、チャンバ本体と、内側ライニングと、昇降駆動装置とを含む。内側ライニングはチャンバ本体内に配置される。チャンバ本体の側壁にはウェハ搬送口が設けられている。内側ライニングは、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとを含む。第１の内側ライニングはチャンバ本体に固定的に接続される。第２の内側ライニングは、第１の内側ライニングの外側または内側で同軸にスリーブ状にされる。第１の内側ライニングおよび第２の内側ライニングは、水平方向に間隙を有する。昇降駆動装置は、第２の内側ライニングに接続され、ウェハに処理を行う処理を実行する際に、第２の内側ライニングを所定の第１の位置に駆動して、第２の内側ライニングにウェハ搬送口を覆わせ、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとを部分的に重ねるように、構成される。本開示の反応チャンバおよびプラズマ装置は、処理中の空気流均一性を改善することができる。

Description

本開示は、半導体製造技術分野に関し、特に反応チャンバおよびプラズマ装置に関する。

背景
プラズマ装置は、半導体、太陽電池、フラットパネルディスプレイ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。現在の製造プロセスでは、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、および電子サイクロトロン共鳴プラズマを含むさまざまなタイプのプラズマ装置が使用されている。現在、これらのタイプの放電は、物理気相成長（ＰＶＤ）、プラズマエッチング、およびプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）などに広く用いられている。

図１は、半導体ドライエッチング装置において一般に使用される反応チャンバ構造である。処理ガスは、ガス導入路０２を通って反応チャンバ０９に流入する。上部電極高周波アンテナ０１で発生した高周波エネルギーは、誘電体窓０３を通過し、誘電体窓０３下の処理ガスをイオン化してプラズマ０４とする。プラズマ０４は、物理的衝撃または化学反応によってウェハ０６の目標領域に対してエッチングを行う。反応チャンバ０９の内側ライニング０５は、プラズマ０４を一定の領域に制限し、反応チャンバ０９の内壁が同時にエッチングされないように保護することができる。処理中に発生したエッチング副生成物は、内側ライニング０５の底部の排気路０８を通って圧力コントローラ０１０に排出される。最後に、エアポンプ０１１が副生成物を圧送する。内側ライニング０５の側面のウェハ搬送口０１５は、エッチング処理開始前にウェハ０６を搬入し、エッチング処理終了後にウェハ０６を搬出するように構成される。

エッチング処理が開始される前に、内側扉ドライバ０１２の動作により内側扉０１３が下降する。次いで、ゲートバルブ０１４が開かれ、ウェハ０６が反応チャンバ内に搬入される。次いで、ゲートバルブ０１４が閉じられ、内側扉ドライバ０１２の動作により内側扉０１３が上昇する。次いで、エッチング処理が開始される。

しかしながら、この反応チャンバ内でエッチング処理を行う場合、エッチング均一性は望ましいものではない。

概要
本開示の実施形態は、既存の技術における技術的問題を少なくとも部分的に解決することができる反応チャンバおよびプラズマ装置を提供する。

本開示の実施形態の一態様によれば、本開示は、チャンバ本体と、内側ライニングと、昇降駆動装置とを含む反応チャンバを提供する。

内側ライニングはチャンバ本体内に配置される。チャンバ本体の側壁にはウェハ搬送口が形成される。

内側ライニングは、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとを含む。第１の内側ライニングはチャンバ本体に接続される。第２の内側ライニングは、第１の内側ライニングの外側または内側に同軸にスリーブ状にされる。第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとの間には、水平方向において間隙が形成される。

昇降駆動装置は、第２の内側ライニングに接続され、ウェハ上で処理を行う処理を実行する際に、第２の内側ライニングを駆動して所定の第１の位置に移動させ、第２の内側ライニングにウェハ搬送口を遮断させ、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとを部分的に重ねる。第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとは、重なった部分を有する。重なった部分は所定の長さを有する。第１の内側ライニングおよび第２の内側ライニングは、ウェハ上で処理を行う処理を実行するように構成される処理領域を取り囲む。

任意選択的に、昇降駆動装置は、引き込み可能な昇降ベローズを含む。
昇降ベローズは、第２の内側ライニングに接続される。昇降駆動装置は、昇降ベローズを伸縮駆動して第２の内側ライニングを昇降駆動する。

任意選択的に、昇降駆動装置は、シリンダアセンブリをさらに含む。
シリンダアセンブリは、昇降ベローズを伸縮駆動するように構成される。

任意選択的に、シリンダアセンブリは、シリンダおよびコネクタを含む。昇降ベローズは、昇降ベローズ内に配置された可動シャフトを含む。

シリンダのシリンダ本体はチャンバ本体に固定される。シリンダのシリンダシャフトは、コネクタによって可動シャフトの上端に接続される。昇降ベローズの上端はチャンバ本体に接続される。昇降ベローズの下端は、可動シャフトの下端に接続される。

第２の内側ライニングは、昇降ベローズおよび可動シャフトに接続される。
任意選択的に、反応チャンバは、内側ライニング取付け部材をさらに含む。第２の内側ライニングは、内側ライニング取付け部材によって昇降ベローズの下端および可動シャフトの下端に接続される。

任意選択的に、第２の内側ライニングは、底部ライニングおよび垂直ライニングを含む。垂直ライニングは、チャンバ本体の内壁と対向して配置される。底部ライニングは、垂直ライニングの底部に配置され、チャンバ本体の中央に向かって延びる。複数の通気孔が、底部ライニングを厚さ方向に貫通し、底部ライニングに配置されて、処理領域で発生した副生成物を通気孔を通して排出する。

任意選択的に、間隙の幅は１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。所定の長さと間隙の幅との比は、７：１より大きい。

任意選択的に、反応チャンバは、支持アセンブリをさらに含む。支持アセンブリは、ウェハを支持するように構成され、チャンバ本体内に配置される。

任意選択的に、供給または回収時に、昇降駆動装置は、第２の内側ライニングを所定の第２の位置に駆動して、第２の内側ライニングをウェハ搬送口の上方に移動させる。

本開示の第２の態様として、本開示の実施形態は、反応チャンバを含むプラズマ装置を提供する。反応チャンバは、本開示によって提供される反応チャンバを含む。

反応チャンバおよびプラズマ装置は、処理中において、プラズマを、ある処理領域に制限すると同時に、チャンバ本体の内壁がエッチングされるのを防ぎ、処理中の空気流均一性を改善することができる。したがって、処理の長期間の安定性が保証され、ウェハの中心から縁部までのエッチング結果の良好な整合性が保証される。このため、製品の歩留まりが向上する。

本開示の実施形態のさらなる態様および利点は、以下の説明に部分的に与えられる。さらなる態様および利点は、以下の説明から明らかになるか、または本開示の実施を通して理解される。

図面の簡単な説明
本開示または既存の技術の技術的解決策をより明確に記載するために、実施形態または既存の技術の説明に必要な添付図面について説明する。なお、以下に説明する添付図面は、本開示のいくつかの実施形態を示すにすぎない。当業者はこれらの図面から他の図面を創作的な努力なしに得ることができる。

既存の技術の反応チャンバの概略構造図である。 本開示のいくつかの実施形態による、反応チャンバの低い位置にある第２の内側ライニングを示す概略構造図である。 図２の領域「ａ」の模式的な部分拡大図である。 本開示のいくつかの実施形態による、反応チャンバの高い位置にある第２の内側ライニングを示す概略構造図である。

実施形態の詳細な説明
以下、本開示の実施の形態を説明する添付の図面を参照して、本開示をより詳細に説明する。本開示の技術的解決策は、本開示の実施形態の添付図面に関連して明確かつ完全に説明される。明らかに、説明される実施形態は、本開示の実施形態の一部にすぎず、すべての実施形態ではない。本開示の実施形態に基づき、当業者によって創作的な努力を伴わずに得られる他のすべての実施形態は、本開示の範囲内である。本開示の実施形態の技術的解決策は、以下に、添付の図面との関連において、さまざまな態様において説明される。

なお、説明を容易にするために、明細書中において「左」、「右」、「上」、「下」の方向は、図面における左右上下の方向と一致するものとする。

本明細書における「第１」および「第２」という用語は、相違点を説明するためだけに使用するものであり、他の特別な意味を有さない。

本開示の発明者は、鋭意検討を重ねた結果、関連技術の反応チャンバがエッチング処理を行う場合、エッチング均一性が低い理由は次のとおりであることを見出した。

第１に、現行の設計では、相対的に移動する部品間に摩擦がないことが求められる。第２に、内側ライニング０５および内側扉０１３は、いずれも製造誤差および設置誤差があり、内側扉０１３と内側ライニング０５との間に１ｍｍ〜２ｍｍ程度の間隙が生じることが避けられない。

上記２つの理由により、反応チャンバ０９内のプラズマ分布が内側扉０１３で急激に変化し、エッチング結果の均一性に影響を与える可能性がある。

上記によれば、本開示は反応チャンバを提供する。図２に示すように、反応チャンバは、チャンバ本体１１と、内側ライニングと、昇降駆動装置とを備える。内側ライニングは、チャンバ本体１１内に配置される。チャンバ本体１１の側壁にはウェハ搬送口が設けられている。内側ライニングは、第１の内側ライニング２０と第２の内側ライニング１８とを含む。第１の内側ライニング２０は、チャンバ本体１１に接続される。第２の内側ライニング１８は、第１の内側ライニング２０の外側または内側で同軸にスリーブ状にされる。第２の内側ライニング１８の移動中に第２の内側ライニング１８が第１の内側ライニング２０を傷つけないようにするために、第１の内側ライニング２０と第２の内側ライニング１８との間には水平方向に間隙が含まれる。昇降駆動装置は、第２の内側ライニング１８を昇降駆動するように構成することができる。

ウェハ１７に対して処理を行う処理を実行する際に、昇降駆動装置は、第２の内側ライニング１８を駆動して、所定の第１の位置に移動させる（例えば、「移動」は、ここでは「下降」を指してもよい）。このように、第１内側ライニング２０と第２の内側ライニング１８とは部分的に当接し、重なる部分の長さは所定の長さとすることができる。一方、第２の内側ライニング１８は、ウェハ搬送口を覆い、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとで囲まれた処理領域にウェハ１７を位置させてもよい。昇降駆動装置はまた、供給または回収の際、第２の内側ライニング１８を駆動して、所定の第２の位置に移動させて（通常、「移動」は「上昇」を指し得る）、第２の内側ライニング１８をウェハ搬送口の上方に位置するようにしてもよい。

第１の位置、第２の位置、および所定の長さは、実験および調整によって決定され得る。

第２の内側ライニングが第１の位置にあるとき、チャンバ本体１１の内側に位置する第１の内側ライニング２０および第２の内側ライニング１８は、プラズマ１９を、ある処理領域に制約することができる。一方、第１の内側ライニングおよび第２の内側ライニングは、チャンバ本体１１の内壁がエッチングされないように保護することができる。

図３に示すように、第１の内側ライニング２０と第２の内側ライニング１８との間の間隙の幅ｄは、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲とすることができる。プラズマ１９が第１の内側ライニング２０と第２の内側ライニング１８との間の間隙を通って第１の内側ライニング２０の外部に逃げないようにするために、第１の内側ライニング２０と第２の内側ライニング２０との重なり部分の所定の長さＨは、Ｈ：ｄ＞７：１を満たすことが好ましい。

一実施形態では、反応チャンバは、上部電極高周波ワイヤ１および誘電体窓３を含む。誘電体窓３は、チャンバ本体１１の頂部に接続される。誘電体窓３は、第１の内側ライニング２０および第２の内側ライニング１８の上方に位置している。上部電極高周波ワイヤ１は誘電体窓３の上方に配置され、誘電体窓３には空気導入路２が配置される。上部電極高周波ワイヤ１は、ウェハ１７に処理を行う処理を実行する際に、処理領域のガスに高周波エネルギーを印加するように構成されていてもよい。支持アセンブリは、下部電極１６を含む。ウェハ１７は、下部電極１６の上方に位置している。

処理ガスは、空気導入路２を通ってチャンバ本体１１内に流入してもよい。上部電極高周波ワイヤ１によって発生した高周波エネルギーは、誘電体窓３を貫通して、誘電体窓３の下方の処理領域に位置する処理ガスをイオン化してプラズマ１９とする。プラズマ１９は、物理的衝撃または化学反応によってウェハ１７の目標領域をエッチングする。

第２の内側ライニング１８の底部には、複数の通気孔１４が設けられている。処理中に処理領域で発生したエッチング副生成物は、通気孔１４を通って圧力コントローラ１２へ排出され得る。最終的に、空気ポンプ１３が副生成物を圧送してもよい。

本開示において、通気孔１４の配置は限定されない。好ましくは、第２の内側ライニング１８は、底部ライニングおよび垂直ライニングを含むことができる。垂直ライニングは、チャンバ本体１１の内壁と対向して配置されてもよい。底部ライニングは、垂直ライニングの底部に配置することができる。底部ライニングは、チャンバ本体１１の中央に向かって延びることができる。底部ライニングには、底部ライニングを厚さ方向に貫通する複数の通気孔１４が配置されていてもよい。

一実施形態では、昇降駆動装置は、複数のタイプを含むことができる。例えば、昇降駆動装置は、引き込み可能な昇降ベローズ８を含む。昇降ベローズ８は、第２の内側ライニング１８に接続される。昇降駆動装置は、昇降ベローズ８を伸縮駆動して第２の内側ライニング１８を昇降駆動してもよい。

本開示において、昇降ベローズ８の伸縮駆動方法は限定されない。好ましくは、昇降駆動装置は、シリンダアセンブリを含むことができる。昇降駆動装置は、シリンダアセンブリによって昇降ベローズ８を伸縮駆動するように構成することができる。

シリンダアセンブリは、シリンダ４およびコネクタを含む。昇降ベローズ８は、昇降ベローズ８に配置された可動シャフトをさらに含む。コネクタは、シリンダシャフト接続ナット／フロートジョイント７など、複数の種類を有していてもよい。シリンダ４のシリンダ本体は、チャンバ本体１１に固定されてもよい。可動シャフトの上端には、コネクタによってシリンダ４のシリンダシャフト６が接続される。昇降ベローズ８の上端は、チャンバ本体１１に接続される。昇降ベローズ８の下端は、可動シャフトの下端に接続される。第２の内側ライニング１８は、昇降ベローズ８および可動シャフトに接続される。

シリンダ４のシリンダ本体は、シリンダコネクタ５によってチャンバ本体１１に接続される。昇降ベローズ８の上端は、ねじによってチャンバ本体１１に固定されてもよい。第２の内側ライニング１８は、内側ライニング取付け部材１０によって昇降ベローズ８および可動シャフトに接続されてもよい。取付け時中、チャンバ本体１１の後側の後側カバー９を開放してもよい。昇降ベローズ８内の可動シャフトには、シリンダシャフト６がシリンダシャフト接続ナット／フロートジョイント７によって接続される。昇降ベローズ８内の可動シャフトと昇降ベローズ８の下端とは、溶接によって接続されてもよいし、一体加工により形成されてもよい。シリンダ４によって駆動されると、昇降ベローズ８内の可動シャフトは、第２の内側ライニング１８を上下に移動するよう駆動することができる。

チャンバ本体１１は、ウェハ搬送口を含む。ウェハ搬送口は、ゲートバルブ１５によって開閉制御されてもよい。図４に示すように、昇降駆動装置は、供給時および回収時に、第２の内側ライニング１８を駆動して上昇させ、第２所定の位置に位置させる。第２の内側ライニング１８は、ウェハ搬送口の上方に配置され、ウェハ搬送口を介するウェハ１７の取り外しまたは挿入を容易にする。第２の位置は、実験および調整によって決定されてもよい。エッチング処理が開始される前に、シリンダ４の動作により第２の内側ライニング１８が上昇し、ゲートバルブ１５が開かれる。ウェハ１７がチャンバ本体１１内に搬入された後、ゲートバルブが閉じられ、シリンダ４の動作により第２の内側ライニング１８が下降し、エッチング処理が開始される。

ウェハを配置するために、反応チャンバは、ウェハ１７を支持するように構成された支持アセンブリをさらに含む。支持アセンブリは、チャンバ本体１１の内部に配置される。

一実施形態では、本開示は、プラズマ装置を提供する。プラズマ装置は、反応チャンバを含む。反応チャンバは、上記実施形態の反応チャンバを用いてもよい。プラズマ装置は、容量結合プラズマ装置でもよく、誘導結合プラズマ装置でもよい。

上記の実施形態によって提供される反応チャンバおよびプラズマ装置は、処理中にプラズマをある処理領域に制限することができるとともに、チャンバ本体の内壁がエッチングされないように保護することができる。これにより、処理中のガス流均一性を向上させ、処理の長期安定性を確保することができる。これにより、ウェハの中心から縁部までのエッチング結果の整合性が良くなり、製品歩留まりを向上させることができる。

特に断らない限り、本開示において開示される上記技術的解決策のいずれか１つが数値範囲を開示する場合、開示された数値範囲は好ましい数値範囲である。本開示の当業者であれば、好ましい数値範囲は、多くの実現可能な数値のうち技術的効果が明らかであるかまたは代表的な数値であるのみであることを理解するであろう。網羅的に列挙できない多数の数値のため、本開示は、本開示の技術的解決策を例示するためにいくつかの数値を開示する。なお、上記数値は本開示の保護範囲を限定するものではない。

一方、上記本開示が、互いに固定的に接続される部品もしくは構造部品を開示または含む場合、特に断らない限り、固定された接続は、取り外し可能な固定された接続（例えば、ボルトもしくはねじを用いる接続）または取り外し不可能な固定された接続（例えば、リベット接続および溶接接続）として理解され得る。もちろん、相互固定接続は、（例えば、鋳造プロセスによって一体的に製造されてもよい）一体化された構造によって置き換えられてもよい（ただし、一体成形プロセスが明らかに使用できない場合を除く）。

加えて、特に断らない限り、本開示で開示する技術的解決策のいずれかにおいて位置関係または形状を表す用語は、その位置関係および形状と同様、類似、または近い状態および形状を含む。本開示によって提供される任意の構成要素は、複数の個々の構成要素から構成されてもよく、または一体成形プロセスによって製造される単一の構成要素であってもよい。

上記の実施形態は、本開示の技術的解決策を例示するためだけに使用され、それらを制限するものではない。好ましい実施形態を参照して本開示を詳細に説明してきたが、当業者は、本開示の特定の実施形態に修正を加えることができるか、またはいくつかの技術的特徴について等価な置換を行うことができることを理解するはずである。本開示の技術的解決策の精神から逸脱することなく、それらの修正および等価な置換は、本開示の範囲内であるべきである。

本開示の説明は、例示および説明を目的としており、網羅的ではなく、本開示を開示された形態に限定するものではない。多くの修正および変更が当業者には明らかである。実施形態は、本開示の原理および実用的な用途をより良く説明し、当業者が本開示を理解して、特定の目的に好適なさまざまな修正を伴うさまざまな実施形態を設計することを可能にするように、選択および説明される。

Claims (10)

1. チャンバ本体と、内側ライニングと、昇降駆動装置とを備える反応チャンバであって、
   前記内側ライニングは前記チャンバ本体内に配置され、前記チャンバ本体の側壁にはウェハ搬送口が形成され、
   前記内側ライニングは、第１の内側ライニングと第２の内側ライニングとを含み、前記第１の内側ライニングは、前記チャンバ本体に接続され、前記第２の内側ライニングは、前記第１の内側ライニングの外側または内側に同軸にスリーブ状にされ、前記第１の内側ライニングと前記第２の内側ライニングとの間には水平方向に間隙が形成され、
   前記昇降駆動装置は、前記第２の内側ライニングに接続され、ウェハに処理を行う処理を実行する際に、前記第２の内側ライニングを駆動して所定の第１の位置に移動させて、前記第２の内側ライニングに前記ウェハ搬送口を遮断させ、前記第１の内側ライニングと前記第２の内側ライニングとを部分的に重ねて、重なった部分を有し、
   前記重なった部分は所定の長さを有し、
   前記第１の内側ライニングおよび前記第２の内側ライニングは、前記ウェハに対して処理を行う前記処理を実行するように構成された処理領域を取り囲む、反応チャンバ。
2. 前記昇降駆動装置は、引き込み可能な昇降ベローズを含み、
   前記引き込み可能な昇降ベローズは、前記第２の内側ライニングに接続され、前記昇降駆動装置は、前記第２の内側ライニングを昇降駆動するように前記昇降ベローズを伸縮駆動する、請求項１に記載の反応チャンバ。
3. 前記昇降駆動装置は、シリンダアセンブリをさらに含み、
   前記シリンダアセンブリは、前記昇降ベローズを伸縮駆動するように構成される、請求項２に記載の反応チャンバ。
4. 前記シリンダアセンブリは、シリンダおよびコネクタを含み、
   前記昇降ベローズは、前記昇降ベローズ内に配置された可動シャフトを含み、
   前記シリンダのシリンダ本体は前記チャンバ本体に固定され、
   前記シリンダのシリンダシャフトは、前記コネクタによって前記可動シャフトの上端に接続され、
   前記昇降ベローズの上端は前記チャンバ本体に接続され、
   前記昇降ベローズの下端は前記可動シャフトの下端に接続され、
   前記第２の内側ライニングは、前記昇降ベローズおよび前記可動シャフトの各々に接続される、請求項３に記載の反応チャンバ。
5. 内側ライニング取付け部材をさらに備え、前記第２の内側ライニングは、前記内側ライニング取付け部材によって前記昇降ベローズの前記下端および前記可動シャフトの前記下端に接続される、請求項４に記載の反応チャンバ。
6. 前記第２の内側ライニングは、底部ライニングおよび垂直ライニングを含み、
   前記垂直ライニングは、前記チャンバ本体の内壁と対向して配置され、
   前記底部ライニングは、前記垂直ライニングの底部に配置され、前記チャンバ本体の中央に向かって延び、
   前記底部ライニングには前記底部ライニングを厚さ方向に貫通する複数の通気孔が配置され、前記処理領域で発生した副生成物を前記通気孔を通して排出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応チャンバ。
7. 前記間隙の幅は１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であり、
   前記所定の長さと前記間隙の前記幅との比は、７：１より大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応チャンバ。
8. 前記ウェハを支持するように構成され、前記チャンバ本体内に配置される支持アセンブリをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応チャンバ。
9. 前記昇降駆動装置は、供給時または回収時に、前記第２の内側ライニングを所定の第２の位置に駆動して、前記第２の内側ライニングを前記ウェハ搬送口の上方に移動させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応チャンバ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記反応チャンバを含む、反応チャンバを備えるプラズマ装置。

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