JP2022534141A - ヒータが一体化されたチャンバリッド - Google Patents

Abstract

本書に記載の実行形態は、チャンバリッドアセンブリを提供する。一実施形態では、チャンバリッドアセンブリは、処理チャンバの境界を形成する誘電体部に埋め込まれたヒータを含み、このヒータは、個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有する。【選択図】図３

Description

［０００１］本書で開示している実施形態は、概して半導体製造に関し、より詳細には、ヒータが一体化されたリッドアセンブリ及びこれを使用する方法に関する。

関連技術の説明
［０００２］集積回路の製造においては、基板内で一定した結果を、更には基板間で再現可能な結果を実現するために、様々なプロセスパラメータを精密に制御することが必要とされる。デバイスパターンのフィーチャ（特徴部）のサイズが小さくなるにつれて、かかるフィーチャの限界寸法（ＣＤ）の要件が、安定した再現可能なデバイス性能のためのより重要な基準になりつつある。半導体デバイスを形成する構造物の形状寸法限界が技術的限界を押し広げるにつれ、製造を成功させるためには、許容誤差の厳格化及び精密なプロセス制御が不可欠になっている。しかし、形状寸法の縮小に伴い、精密な限界寸法及びエッチングプロセス制御は、ますます困難になってきている。チャンバ及び基板の温度、フローコンダクタンス、並びに無線周波数電磁場といったチャンバの非対称性により、処理チャンバ内で処理される一基板における許容可能なＣＤの変動は、実現困難になっている。

［０００３］多くの半導体デバイスは、プラズマの存在下で処理される。プラズマが均一に制御されなければ、処理の結果も不均一になりうる。従来型のプラズマチャンバは、典型的には、チャンバの境界を形成するリッドを含む。チャンバ内にプラズマを発生させるために、プラズマ源がリッドに隣接して配置される。一部の従来型のチャンバでは、別個のヒータアセンブリが、プラズマ源とリッドとの間に配置される。

［０００４］しかし、このヒータアセンブリはＲＦのカップリング性能及び／又はストライク性能に影響を与え、このことは、チャンバ内のプラズマ均一性に悪影響を及ぼす。加えて、チャンバメンテナンスが実施される時、このヒータアセンブリは、リッドを取り外すために取り外されなくてはならない、追加的構成要素となる。

［０００５］ゆえに、プラズマ処理を改善する態様を提供する、改良型のチャンバリッドが必要とされている。

［０００６］本書に記載の実行形態は、チャンバリッドアセンブリを提供する。一実施形態では、チャンバリッドアセンブリは、処理チャンバの境界を形成する誘電体部（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｏｄｙ）に埋め込まれたヒータを含み、このヒータは、個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有する。

［０００７］別の実施形態では、処理チャンバは、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と、リッドアセンブリとを含む。このリッドアセンブリは、誘電体部に埋め込まれたヒータを含み、このヒータは、個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有する。

［０００８］別の実施形態では、処理チャンバは、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と、リッドアセンブリとを含む。このリッドアセンブリは、誘電体部に埋め込まれたヒータと、ヒータに隣接して誘電体部に埋め込まれた電磁シールドとを含み、ヒータは、個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有する。

［０００９］上述した本開示の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明が、本書で開示している実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実行形態も許容しうることから、付随する図面はこの開示の典型的な実行形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

［００１０］ 基板支持アセンブリの一実施形態を有する例示的なエッチング処理チャンバの概略断面図である。 ［００１１］一実施形態によるチャンバリッドアセンブリの等角図である。 ［００１２］図１の処理チャンバと共に使用されうる、チャンバリッドアセンブリの別の実施形態の平面図である。 ［００１３］ 図３の線４－４に沿って切った、チャンバリッドアセンブリの断面図である。

［００１４］理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実行形態で開示されている要素は、具体的な記載がなくとも、他の実行形態で有利に使用されうると想定されている。

［００１５］本書で開示している実施形態は、ヒータが一体化されたチャンバリッドアセンブリ、及びこのチャンバリッドアセンブリを有する処理チャンバを提供する。このチャンバリッドアセンブリは、エッチングチャンバ内で利用されて、プラズマストライクのみならずプラズマ均一性も改善しうる。下記ではエッチング処理チャンバにおける場合を説明しているが、チャンバリッドアセンブリは、他の種類のプラズマ処理チャンバ（例えば物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、イオン注入チャンバ、剥離（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）チャンバなど）において、更にプラズマプロファイルをチューニングすることが望ましい他のプラズマシステムにおいても、利用されうる。

［００１６］図１は、基板支持アセンブリ１０１及び接地されたチャンバ本体１０２を有する、例示的なエッチング処理チャンバ１００の概略断面図である。チャンバ本体１０２は、内部空間１２４を封入する、壁１０３、底部１０４、及びチャンバリッドアセンブリ１０５を含む。基板支持アセンブリ１０１は、内部空間１２４内に配置され、処理中にその上に基板１３４を支持する。処理チャンバ１００の壁１０３は、開口（図示せず）であって、それを通じて内部空間１２４に出入りするようにロボットにより基板１３４が移送されうる、開口を含む。チャンバ本体１０２の壁１０３と底部１０４のうちの１つにポンピングポート１１０が形成され、ポンピングポート１１０はポンピングシステム（図示せず）と流体連結される。このポンピングシステムは、処理チャンバ１００の内部空間１２４の中を真空環境に維持すると共に、処理副生成物を除去するのに利用される。

［００１７］チャンバリッドアセンブリ１０５は、内部に埋め込まれたヒータ１０６を含む。チャンバリッドアセンブリ１０５は複数のゾーンを含む（外側ゾーン１０７と内側ゾーン１０８が図示されている）。外側ゾーン１０７と内側ゾーン１０８とは、個別に制御される。チャンバリッドアセンブリ１０５は、一又は複数の温度プローブ１０９も含む。温度プローブ１０９は、チャンバリッドアセンブリ１０５の外側ゾーン１０７及び内側ゾーン１０８の温度をモニタするのに利用される。

［００１８］ガスパネル１１２は、チャンバ本体１０２のリッド１０５と壁１０３のうちの少なくとも１つを通って形成された一又は複数の入口ポート１１４を通じて、処理チャンバ１００の内部空間１２４にプロセスガス及び／又はその他のガスを提供する。ガスパネル１１２によって提供されるプロセスガスは、内部空間１２４内で励起されて、プラズマ１２２を形成する。プラズマ１２２は、基板支持アセンブリ１０１上に配置された基板１３４を処理するのに利用される。かかるプロセスガスは、チャンバ本体１０２の外部に配置されたプラズマアプリケータ１２０からのＲＦ電力がプロセスガスと誘導結合されることにより、励起されうる。図１に示している例示的な実施形態では、プラズマアプリケータ１２０は、整合回路１１８を通じてＲＦ電源１１６に連結された同軸のコイルの対である。他の実施形態（図示せず）では、プラズマアプリケータは電極（例えばシャワーヘッド）であってよく、かかる電極は、容量結合プラズマシステムで使用されうる。プラズマ１２２は、他の技法を利用して形成されることもある。一部の実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１０５は、その内側面（例えば、プラズマ１２２に面する側）に施された耐プラズマコーティングを含む。

［００１９］基板支持アセンブリ１０１は、一般に、少なくとも基板支持体１３２を含む。基板支持体１３２は、真空チャック、静電チャック、サセプタ、又はその他の基板支持面でありうる。図１の実施形態では、基板支持体１３２は静電チャックであり、静電チャック１２６として後述する。

［００２０］基板支持アセンブリ１０１は、ヒータアセンブリ１７０を更に含みうる。基板支持アセンブリ１０１は、冷却ベース１３０も含みうる。冷却ベース１３０は、熱伝達流体源１４４に連結されうる。熱伝達流体源１４４は熱伝達流体（例えば液体、ガス、又はこれらの組み合わせ）を提供し、熱伝達流体は、冷却ベース１３０内に配置された一又は複数の導管１６０を通って循環する。ヒータアセンブリ１７０はヒータ電源１５６に連結され、ヒータ電源１５６は、抵抗ヒータへの電力を制御するのに使用されうる。ヒータ電源１５６は、ＲＦフィルタ１８４を通じて連結されうる。ＲＦフィルタ１８４は、ヒータ電源１５６をＲＦエネルギーから保護するのに使用されうる。静電チャック１２６は、ヒータ電源１５６によって印加される電力を制御するため、及び冷却ベース１３０の動作を制御するための温度フィードバック情報をコントローラ１４８に提供するために、一又は複数の温度センサ（図示せず）を含みうる。

［００２１］基板支持アセンブリ１０１は、支持ペデスタル１２５に取り外し可能に連結されうる。ペデスタルベース１２８と設備プレート１８０とを含みうる支持ペデスタル１２５は、チャンバ本体１０２に装着される。ペデスタルベース１２８は、基板支持アセンブリ１０１の導電性部分をチャンバ本体１０２から電気絶縁する、誘電体材料を含みうる。基板支持アセンブリ１０１は、基板支持アセンブリ１０１の一又は複数の構成要素の改修を可能にするために、支持ペデスタル１２５から定期的に取り外されうる。

［００２２］基板支持アセンブリ１０１はチャック電極１３６を含み、チャック電極１３６は導電性材料のメッシュでありうる。チャック電極１３６はチャック電源１３８に連結されており、チャック電源１３８は、通電されると、静電気によって基板１３４を被加工物支持面１３３に固定する。静電チャック１２６は、一般に、誘電パック又は誘電体部１５０に埋め込まれたチャック電極１３６を含む。誘電体部１５０に加えて基板支持アセンブリ１０１のその他の部分、及び支持ペデスタル１２５は、絶縁体リング１４３の内部に配置されうる。絶縁体リング１４３は、誘電体材料（例えば石英、又はプロセスに対応可能なその他の誘電体材料）でありうる。誘電体部１５０の周縁部に沿って、フォーカスリング１４５が配置されうる。フォーカスリング１４５は、誘電体材料であっても、導電性材料であってもよく、かつ、基板１３４と同じ材料を含みうる。フォーカスリング１４５は、プラズマ１２２の電磁場に対して基板１３４の表面を拡張するのに利用されうる。フォーカスリング１４５は更に、基板１３４のエッジにおける電磁場の強力化を最小化しうると共に、この界面における材料の変化による化学的効果を最小化しうる。

［００２３］チャック電極１３６は、単極若しくは双極の電極として構成されても、別の好適な構成を有してもよい。チャック電極１３６は、ＲＦフィルタ１８２を通じてチャック電源１３８に連結され、チャック電源１３８は、直流（ＤＣ）電力を提供して、静電気により誘電体部１５０の上面に基板１３４を固定する。ＲＦフィルタ１８２は、処理チャンバ１００の中でプラズマ１２２を形成するのに利用されるＲＦ電力が、チャンバ外の電気機器を損傷すること又は電気的障害をもたらすことを防止する。誘電体部１５０は、セラミック材料（ＡｌＮやＡｌ_２Ｏ_３など）から製造されうる。あるいは、誘電体部１５０は、ポリマー（例えばポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトンなど）から製造されうる。

［００２４］電力印加システム１３５が、基板支持アセンブリ１０１に連結される。電力印加システム１３５は、チャック電源１３８、第１高周波（ＲＦ）電源１４２、及び第２ＲＦ電源１７８を含みうる。電力印加システム１３５の実施形態は更に、コントローラ１４８と、コントローラ１４８及び第１ＲＦ電源１４２と第２ＲＦ電源１７８の両方と通信するセンサデバイス１８１とを含みうる。

［００２５］コントローラ１４８は、様々なサブプロセッサ及びサブコントローラを制御するために工業設定で使用されうる、任意の形態の汎用データ処理システムのうちの１つでありうる。一般に、コントローラ１４８は、メモリ１７４及び入出力（Ｉ／Ｏ）回路網１７６（更にその他の一般的な構成要素）と通信する、中央処理装置（ＣＰＵ）１７２を含む。コントローラ１４８のＣＰＵによって実行されるソフトウェアコマンドは、処理チャンバに、例えば、混合エッチャントガス（すなわち処理ガス）の内部空間１２４への導入を実行させる。コントローラ１４８は、基板１３４上の材料層をエッチングするように、プラズマアプリケータ１２０、第１ＲＦ電源１４２、及び第２ＲＦ電源１７８からのＲＦ電力を印加することによって処理ガスからのプラズマ１２２を制御するのにも、利用されうる。

［００２６］ヒータアセンブリ１７０は、第２ＲＦ電極１５４も含んでよく、チャック電極１３６と共にＲＦ電力を印加して、プラズマ１２２をチューニングする。第１ＲＦ電源１４２が第２ＲＦ電極１５４に連結されうる一方、第２ＲＦ電源１７８は、チャック電極１３６に連結されうる。第１ＲＦ電源１４２と第２ＲＦ電源１７８のそれぞれのために、第１整合ネットワーク１５１と第２整合ネットワーク１５２が設けられうる。第２ＲＦ電極１５４は、図示しているように、導電性材料の固形金属プレートでありうる。あるいは、第２ＲＦ電極１５４は導電性材料のメッシュであることもある。

［００２７］図２は、チャンバリッドアセンブリ１０５の一実施形態の等角図である。チャンバリッドアセンブリ１０５は誘電体部２００を含む。誘電体部２００は、セラミック材料（ＡｌＮやＡｌ_２Ｏ_３など）から製造されうる。ヒータ１０６が誘電体部２００に埋め込まれる。ヒータ１０６は、トレース（例えば内側トレース２０５及び外側トレース２１０）を含む。トレースは誘電体部２００内に埋め込まれているので、内側トレース２０５及び外側トレース２１０は破線で図示している。内側トレース２０５は内側ゾーン１０８を形成し、外側トレース２１０は外側ゾーン１０７を形成する。内側トレース２０５と外側トレース２１０は両方とも、電力供給源（図示せず）に連結されている端子アセンブリ２１５に連結される。端子アセンブリ２１５は、誘電体部２００の周縁エッジ２２０に配置される。

［００２８］内側トレース２０５及び外側トレース２１０は、複数の弧状セグメント２２５を備える。弧状セグメント２２５の一部は、径方向に配向されたセグメント２３０により接合されている。径方向に配向されたセグメント２３０は、互いに実質的に平行でありうる。弧状セグメント２２５の一部は、他の弧状セグメント２２５と同心でありうる。外側トレース２１０は導体２４０を含む。内側トレース２０５は導体２４５を含む。

［００２９］内側トレース２０５の弧状セグメント２２５は、第１外径弧状セグメント２５０Ａ及び第１内径弧状セグメント２５０Ｂを含む。同様に、外側トレース２１０の弧状セグメント２２５は、第２外径弧状セグメント２５５Ａ及び第２内径弧状セグメント２５５Ｂを含む。内側トレース２０５と外側トレース２１０は各々、複数の中間弧状セグメント２６０を含む。

［００３０］チャンバリッドアセンブリ１０５は、ひとまとめに積層された複数の層として製造されうる。例えば、複数の緑色の本体が形成されてよく、これらの本体の間にヒータ１０６が配置されうる。次いで、緑色の本体は、硬化するよう、互いに押圧され、火を通される。

［００３１］図３は、図１の処理チャンバ１００と共に使用されうる、チャンバリッドアセンブリ３０５の別の実施形態の平面図である。チャンバリッドアセンブリ３０５は、誘電体部２００を含むものであり、上述したチャンバリッドアセンブリ１０５と同様に製造されうる。ヒータ１０６が誘電体部２００に埋め込まれる。ヒータ１０６は、トレース（例えば内側トレース２０５及び外側トレース２１０）を含む。これらのトレースは誘電体部２００内に埋め込まれているので、内側トレース２０５及び外側トレース２１０は破線で示している。内側トレース２０５は内側ゾーン１０８を形成し、外側トレース２１０は外側ゾーン１０７を形成する。内側トレース２０５と外側トレース２１０は両方とも、電力供給源（図示せず）に連結されている端子アセンブリ２１５に連結される。端子アセンブリ２１５は、誘電体部２００の周縁エッジ２２０に配置される。端子アセンブリ２１５は、別々の位置の第１端子アセンブリ３１０と第２端子アセンブリ３１５とを含むので、図２とは異なる。第１端子アセンブリ３１０は外側トレース２１０に電力供給するために設けられ、第２端子アセンブリ３１５は内側トレース２０５に電力供給するために設けられる。第１端子アセンブリ３１０と第２端子アセンブリ３１５とは、互いから約９０度のところに配置されうる。

［００３２］この実施形態では、内側トレース２０５及び外側トレース２１０は、複数の径方向に配向されたスポーク（ｓｐｏｋｅｓ）３２０を備える。スポーク３２０の一部は、共通軸に配向された弧状セグメント３２５により接合されている。弧状セグメント３２５の一部は、他の弧状セグメント３２５と同心でありうる。また、この実施形態では、少なくとも内側トレース２０５は、導体３３５を有するヒータ回路３３０を備える。導体は、消費電力（ｗａｔｔａｇｅ）を削減するために、内側トレース２０５とは離間している。導体は、熱を減少させるために、互いとも離間している。

［００３３］共通軸に配向された弧状セグメント３２５は、（内側トレース２０５では）第１外径位置３４０Ａ及び第１内径位置３４０Ｂにおいて、スポーク３２０を接合している。同様に、共通軸に配向された弧状セグメント３２５は、第２外径位置３４５Ａ及び第２内径位置３４５Ｂにおいて、外側トレース２１０のスポーク３２０を接合している。第２外径位置３４５Ａは、誘電体部２００の周縁部の近傍に位置している。第２外径位置３４５Ａは、第２内径位置３４５Ｂの直径よりも大きな直径を有する。第２内径位置３４５Ｂは、第１外径位置３４０Ａの直径よりも大きな直径を有する。第１外径位置３４０Ａは、第１内径位置３４０Ｂの直径よりも大きな直径を有する。一部の実施形態では、外側トレース２１０は、スポーク３２０と共通軸に配向された弧状セグメント３２５とによって提供される円形波型形状と類似している。

［００３４］図４は、図３の線４－４に沿って切った、チャンバリッドアセンブリ３０５の断面図である。内側トレース２０５及び外側トレース２１０の一部は破線で図示している。更に、外側電磁シールド４００と内側電磁シールド４０５は実線で図示している。外側電磁シールド４００と内側電磁シールド４０５は両方とも、電磁エネルギーを遮断するよう機能する（例えばファラデーシールド）。外側電磁シールド４００と内側電磁シールド４０５は、外側トレース２１０と内側トレース２０５の下にそれぞれ図示されている。しかし、外側電磁シールド４００及び／又は内側電磁シールド４０５は、内側トレース２０５及び／又は外側トレース２１０の上にあることもある。図３に示しているような平面図では、外側電磁シールド４００及び内側電磁シールド４０５は、外側トレース２１０及び内側トレース２０５と同様に形状設定されうる。外側電磁シールド４００と内側電磁シールド４０５の一方又は両方は、導電性のプレート若しくはホイル、又はメッシュでありうる。

［００３５］別個のヒータを有する従来型のプラズマチャンバでは、最大でも摂氏約１２５度の温度しか可能にならない。しかし、本書で開示しているチャンバリッドアセンブリ１０５は、摂氏約１８０度以上の温度で動作するよう適合している。例えば、チャンバリッドアセンブリ１０５は、摂氏約２００度まで加熱されうる。かかる高温により、チャンバリッドアセンブリへの膜堆積が最小化される。ヒータ１０６のゾーンが個別であることで、リッドにおける温度勾配が最小化されることにより、リッドに対するストレスも最小化される。加えて、デュアルゾーンは、中心からエッジまで最適な基板温度を維持するのに利用される。

［００３６］本書で開示しているチャンバリッドアセンブリ１０５は、処理チャンバ内でのプラズマストライクを改善する。本書で開示しているチャンバリッドアセンブリ１０５は、デュアルゾーン温度制御によってエッチング均一性を向上させる。本書で開示しているチャンバリッドアセンブリ１０５は更に、チャンバの分解時間を削減する。

［００３７］以上の記述は本開示の実行形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱しなければ、本開示の他の実行形態及び更なる実行形態が案出されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (15)

1. チャンバリッドアセンブリであって、
   処理チャンバの境界を形成するよう構成された誘電体部に連結されたヒータを備え、前記ヒータは、個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有し、かつ、複数の径方向に配向されたスポークを備え、前記径方向に配向されたスポークの少なくとも一部が、外径位置において第１弧状セグメントにより接合され、かつ内径位置において第２弧状セグメントにより接合されている、
   リッドアセンブリ。
2. 前記誘電体部がセラミック材料を含む、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
3. 前記一又は複数の加熱ゾーンが内側ゾーンと外側ゾーンとを備える、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
4. 前記誘電体部が積層されたものである、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
5. 前記ヒータが端子アセンブリに連結されている、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
6. 前記端子アセンブリが前記誘電体部の周縁エッジに配置されている、請求項５に記載のリッドアセンブリ。
7. 前記ヒータが内側トレースと外側トレースとを含む、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
8. 前記内側トレース及び前記外側トレースが複数の弧状セグメントを含む、請求項７に記載のリッドアセンブリ。
9. 前記複数の弧状セグメントの各々が、前記径方向に配向されたスポークに接合されている、請求項８に記載のリッドアセンブリ。
10. 処理チャンバであって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体内に配置された基板支持アセンブリと、
    リッドアセンブリとを備え、前記リッドアセンブリが、
    誘電体部に連結されたヒータを備え、前記ヒータが複数の径方向に配向されたスポークを備え、前記径方向に配向されたスポークの少なくとも一部が、外径位置において第１弧状セグメントにより接合され、内径位置において第２弧状セグメントにより接合されており、前記ヒータは個別に制御される一又は複数の加熱ゾーンを有する、
    処理チャンバ。
11. 前記ヒータの上に電磁シールドがある、請求項１０に記載の処理チャンバ。
12. 前記電磁シールドは、平面図では、前記ヒータの形状と実質的に合致する形状を備える、請求項１０に記載の処理チャンバ。
13. 前記ヒータが内側トレースと外側トレースとを含む、請求項１０に記載のチャンバ。
14. 前記内側トレース及び前記外側トレースが複数の弧状セグメントを含む、請求項１３に記載のチャンバ。
15. 前記複数の弧状セグメントの一部が、前記径方向に配向されたスポークに接合されている、請求項１４に記載のチャンバ。
    

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