JP2022552599A

JP2022552599A - プロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置

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Publication number: JP2022552599A
Application number: JP2022513437A
Authority: JP
Inventors: 娜李; 冬冬胡; 小波劉; 海洋劉; 実然程; 頌郭; 志浩呉; 開東許
Original assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-02-29
Publication date: 2022-12-19
Anticipated expiration: 2040-02-29
Also published as: CN111081525B; TW202127536A; WO2021134892A1; US20220254615A1; US11955323B2; CN111081525A; TWI729760B; JP7352316B2

Abstract

本発明に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、吸気フランジに密接された吸気ノズルを含み、吸気ノズルの内部チャンバーには、吸気ガイド本体が設けられ、吸気ガイド本体は、上部構造、中部構造および下部構造を有し、上部構造、中部構造および下部構造は一体型の構造であって、いずれも円柱状の形状を呈し、上部構造の横断面の直径は、中部構造の横断面の直径より小さく、中部構造と下部構造との間には、ガス収集エリアが設けられ、中部構造と下部構造とは、ガス収集エリアによって接続されている。本発明によれば、プラズマが吸気孔を通って吸気通路内に逆流し、吸気通路が高周波電力ポイントに近すぎるため、吸気通路内において発火によって引き起こされる吸気ガイド本体への損傷を回避できる。【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマエッチングの技術分野に関し、具体的には、プロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置に関する。

現在、半導体デバイスの製造工程において、結合窓（ｃｏｕｐｌｉｎｇｗｉｎｄｏｗ）を徹底的に洗浄するため、静電シールド部品を使用でき、プラズマ処理チャンバー内においてファラデーシールドを使用することにより、チャンバー本体材料に対するプラズマ侵食を減らすことができる。既存技術では、中部セラミック吸気口をファラデーシールドに接続させ、同時に高周波（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を供することにより、洗浄プロセスを通じて結合窓および中部セラミック吸気口の両方を徹底的に洗浄できる。しかしながら、高周波電力が最大まで加えられると、洗浄ガスは、吸気通路を通ってチャンバー内に入り、高周波電源の作用下でチャンバー内においてイオン化されてプラズマ流を形成し、その後、吸気孔を通って吸気通路内に逆流する。吸気通路が高周波電力ポイントに近すぎるため、吸気通路内において発火し、吸気ガイド本体が損傷される。したがって、このような方法は使用できない。

本発明は、既存技術における問題点に鑑みてなされたものであり、プラズマ流が吸気孔を通って吸気通路内に逆流され、吸気通路内において発火してしまい、吸気ガイド本体が損傷される問題を解決できる、プロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置を提供することを目的とする。
本発明に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、吸気フランジに密接された吸気ノズルを含み、前記吸気ノズルの内部チャンバーには、吸気ガイド本体が設けられ、
前記吸気ガイド本体は、上部構造、中部構造および下部構造を有し、前記上部構造、中部構造および下部構造は一体型の構造であって、いずれも円柱状の形状を呈し、前記上部構造の横断面の直径は、前記中部構造の横断面の直径より小さく、
前記中部構造と前記下部構造との間には、ガス収集エリアが設けられ、前記中部構造と前記下部構造とは、前記ガス収集エリアによって接続されている。

好ましくは、前記吸気ガイド本体の上表面には、少なくとも１つの止まり穴が設けられ、前記止まり穴は前記上部構造の上表面から前記中部構造の内部まで通っており、前記止まり穴の下端は径方向孔（径方向の孔）の一端と連通しており、前記径方向孔は前記中部構造の上部の外表面に設けられ、前記径方向孔の他端はエッジ溝と連通しており、前記エッジ溝は前記中部構造および前記下部構造の外側面に設けられている。

好ましくは、前記上部構造の外側面には、少なくとも１つの上部ガス溝が設けられ、前記上部ガス溝は前記上部構造の外側面に配置され、前記上部ガス溝の底部は、径方向溝（径方向の溝）の一端に接続されている。

好ましくは、前記径方向溝の他端はねじれ溝に接続され、前記ねじれ溝は前記中部構造の外側面において螺旋状に設けられている。

好ましくは、前記ねじれた溝における螺旋状の巻き数は少なくとも０．５巻きである。

好ましくは、前記径方向溝の他端は側壁ガスガイド溝に接続され、前記側壁ガスガイド溝は、複数のガス溝を有する。

好ましくは、前記側壁ガスガイド溝は、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝を有し、前記右下方向に傾斜したガス溝と前記左下方向に傾斜したガス溝とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続されている。

好ましくは、前記側壁ガスガイド溝は、軸方向に真っ直ぐなガス溝、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝を有する。

好ましくは、前記軸方向に真っ直ぐなガス溝は、前記径方向溝の他端に接続され、前記左下方向に傾斜したガス溝と前記右下方向に傾斜したガス溝とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続されている。

好ましくは、前記吸気フランジと前記吸気ガイド本体との間には絶縁保護層が設けられている。

本発明によれば、以下の有益な効果を奏する。
本発明では、電子エネルギーをなくし、すなわち、高周波電力を備える吸気フランジに最も近いエリアは、絶縁されて、電気が流れず、高出力部品と連通するパスを形成できない。プラズマが吸気孔を通って吸気通路内に逆流し、吸気通路が高周波電力ポイントに近すぎるため、吸気通路内において発火によって引き起こされる吸気ガイド本体への損傷を回避できる。

エッチングシステムの構造を示す図である。既存技術に係る吸気ガイド本体の構造を示す図である。本発明の実施形態１に係る吸気ガイド本体の断面図である。本発明の実施形態１に係る吸気ガイド本体の構造を示す図である。本発明の実施形態２に係る吸気ガイド本体の構造を示す図である。本発明の実施形態３に係る吸気ガイド本体の構造を示す図である。本発明の実施形態４に係る吸気ガイド本体の構造を示す図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態により本発明に係る技術的解決手段について、明確かつ詳細に説明する。

図１および図２に示されるエッチングシステムにおいて、洗浄プロセスが必要とされる場合、上部高周波マッチングデバイス８は、コイル６との接続をオフ（遮断）にし、吸気フランジ１０との通路を接続させる。この場合、洗浄ガスは、吸気フランジ１０を通って反応チャンバー内に入り、チャンバー内において洗浄プラズマ流にイオン化されて、チャンバー内部および上部の領域を洗浄する。しかしながら、吸気フランジ１０は、高出力の洗浄高周波に接続され、かつ、吸気ガイド本体３０におけるガス通路３４３が垂直方向にあるため、チャンバー内において生成されたプラズマは、吸気ノズル２０の底部にある排気口を通ってガス通路３４３内に逆流する可能性が高い。さらに、吸気フランジ１０が吸気ガイド本体３０の上部に密接されているため、ガス通路３４３は、吸気フランジ１０と連通し、ガスはこの領域において放電され、その結果、ガス通路３４３内部において高電荷が生成され、吸気ガイド本体を焼損する。上記問題を解決するため、以下では、いくつかの技術的解決手段について説明する。

（実施形態１）
図３および４に示されるように、実施形態１に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、金属製の吸気フランジ１０に密接された吸気ノズル２０を含み、吸気ノズル２０の内部チャンバーには、吸気ガイド本体３０が設けられている。

吸気ガイド本体３０は、上部構造、中部構造および下部構造を有し、上部構造、中部構造および下部構造は一体型の構造であって、いずれも円柱状の形状を呈し、上部構造の横断面の直径は、中部構造の横断面の直径より小さくなっている。

さらに、中部構造と下部構造との間にはガス収集エリア４０が設けられ、中部構造と下部構造とは、ガス収集エリア４０によって接続されている。

プラズマ流が吸気孔を通って吸気通路内に逆流することにより吸気通路内において発火してしまい、吸気ガイド本体が損傷される問題を解決するため、本実施形態において、吸気ガイド本体３０の上表面には少なくとも１つの止まり穴３０１が設けられている。ここで、止まり穴３０１は、上部構造の上表面の円周に沿って設けられ、上部構造の上表面から中部構造の内部まで加工されている。

本実施形態では、さらに、複数の径方向孔３０２および複数のエッジ溝３０３を含む。各々の径方向孔３０２は、中部構造の外表面において径方向に設けられ、１つの止まり穴３０１の下端と連通し、各々の径方向孔３０２の他端は、１つのエッジ溝３０３と連通している。

エッジ溝３０３は、中部構造の外側面に設けられてもよく、ガス収集エリア４０を終端とする。図４に示されるように、エッジ溝３０３は、また、中間構造および下部構造の外側面に設けられてもよく、中部構造から下部構造まで延伸する。

吸気フランジ１０と吸気ガイド本体３０との間には絶縁保護層５０が設けられ、絶縁保護層５０によって吸気フランジ１０を覆う。絶縁保護層５０の材料はプラスチックであり、通常はポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドまたはポリケトンなどである。このような材料は、高電圧に対する絶縁を実現でき、下部の吸気ガイド本体に対する高周波電力の損傷を大幅に減らせる。

システムが洗浄プロセスを行う際、洗浄ガスは吸気フランジ１０から導入され、吸気ガイド本体３０における止まり穴３０１、径方向孔３０２およびエッジ溝３０３を順に通って、最後は、吸気ノズル２０底部の排気口から排出される。チャンバー内のプラズマ流が排気口を通って逆流するとき、吸気通路を通ってエッジ溝３０３に入る必要がある。エッジ溝３０３の上部が物理的に詰まっているため、この位置において、プラズマ流はエッジ溝３０３の上部の壁に衝突する可能性が高く、電子は衝突エネルギーとともに徐々に消える。すなわち、高周波電力を備える吸気フランジ１０に最も近いエリアは、絶縁されて電気が流れず、高出力部品と連通するパスを形成できないため、吸気ガイド本体３０が高熱および高周波の損傷から保護される。

（実施形態２）
図５に示されるように、実施形態２に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、金属製の吸気フランジ１０に密接された吸気ノズル２０を含み、吸気ノズル２０の内部チャンバーには、吸気ガイド本体３０が設けられている。

さらに、中部構造と下部構造との間にはガス収集エリア４０が配置され、中部構造と下部構造とは、ガス収集エリア４０によって接続されている。

プラズマ流が吸気孔を通って吸気通路内に逆流することにより吸気通路内において発火してしまい、吸気ガイド本体が損傷される問題を解決するため、本実施形態において、上部構造の外側面には複数の上部ガス溝３１１が設けられ、複数の上部ガス溝３１１は、上部構造の外側面において軸方向に設けられ、各々の上部ガス溝３１１の底部は１つの径方向溝３１２の一端に接続されている。

本実施形態では、さらに、複数の径方向溝３１２および複数のねじれ溝３１３を含む。各々の径方向溝３１２の他端は、ねじれ溝３１３と連通している。ねじれ溝３１３は、中部構造の外側面において螺旋状に設けられ、ガス収集エリア４０まで延伸している。

ねじれ溝３１３における螺旋状の巻き数は０．５巻き（円周の半分）と設けてもよく、または、加工の難易度およびチャンバー内のガス流の圧力に応じて調整してもよく、螺旋状形状の巻き数を１巻きまたは複数巻きに設けてもよい。

システムが洗浄プロセスを行う際、吸気フランジ１０から導入された洗浄ガスは、上部ガス溝３１１、径方向溝３１２およびねじれ溝３１３を順に通って、ガス収集エリア４０に集まり、最後は、吸気ノズル２０の排気口から排出される。チャンバー内のプラズマ流が排気口を通って逆流するとき、ガス収集エリア４０を介してねじれ溝３１３の底部まで到達する。ねじれ溝３１３が斜めになっているため、電子を含むプラズマがねじれ溝３１３の斜めの壁に衝突し、電子は衝突とともにエネルギーが徐々に消え、高出力部品に接続される経路を形成できず、したがって、吸気ガイド本体３０を高熱および高周波の損傷から保護する。

（実施形態３）
図６に示されるように、実施形態３に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、金属製の吸気フランジ１０に密接された吸気ノズル２０を含み、吸気ノズル２０の内部チャンバーには、吸気ガイド本体３０が設けられている。

プラズマ流が吸気孔を通って吸気通路内に逆流することにより吸気通路内において発火してしまい、吸気ガイド本体が損傷される問題を解決するため、本実施形態において、上部構造の外側面には複数の上部ガス溝３１１が設けられ、複数の上部ガス溝３１１は、上部構造の外側面において軸方向に設けられ、各々の上部ガス溝３１１の底部は１つの径方向溝３１２の一端に接続され、径方向溝３１２の数は、上部ガス溝３１１の数と同じである。

各々の径方向溝３１２の他端は側壁ガスガイド溝に接続され、側壁ガスガイド溝は、複数のガス溝によって構成され、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝３２２および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝３２１を有する。右下方向に傾斜したガス溝３２２と左下方向に傾斜したガス溝３２１とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続され、その数は、処理の難易度およびチャンバー内のガス流の圧力に応じて調整される。

図６に示されるように、吸気ガイド本体３０の中部構造は、２つの独立した部分によって構成され、両部分のガス溝は、方向が互いに反対であり、断面７１０によって分割されている。システムが洗浄プロセスを行う際、チャンバー内のプラズマは、排気口を通って逆流され、ガス収集エリア４０を介して右下方向に傾斜したガス溝３２２の底部に到達する。左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２が斜めになっているため、電子を含むプラズマは、左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２の斜めの壁に衝突し、電子エネルギーが徐々に消え、高出力部品に接続される経路を形成できず、したがって、吸気ガイド本体３０を高熱および高周波の損傷から保護する。

（実施形態４）
図７に示されるように、実施形態４に係るプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置は、金属製の吸気フランジ１０に密接された吸気ノズル２０を含み、吸気ノズル２０の内部チャンバーには、吸気ガイド本体３０が設けられている。

各々の径方向溝３１２の他端は側壁ガスガイド溝に接続され、側壁ガスガイド溝は、複数のガス溝によって構成され、軸方向に真っ直ぐなガス溝３３１、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝３２２および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝３２１を有する。軸方向に真っ直ぐなガス溝３３１は、径方向溝３１２の他端に接続され、左下方向に傾斜したガス溝３２１と右下方向に傾斜したガス溝３２２とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続されている。

図７に示されるように、側壁ガスガイド溝は、複数の部分によって構成され、軸方向に真っ直ぐなガス溝３３１、そして、互いに反対方向である左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２を含む。これら３つのガス溝は、完全な円柱状の側壁に設けられても、３つの独立した部分を順番に組み立て構成してもよい。また、本実施形態において、左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２の数は、処理の難易度およびチャンバー内のガス流の圧力に応じて調整される。

システムが洗浄プロセスを行う際、チャンバー内のプラズマは、排気口を通って逆流され、ガス収集エリア４０を介して右下方向に傾斜したガス溝３２２の底部に到達する。左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２が斜めになっているため、電子を含むプラズマは、左下方向に傾斜したガス溝３２１および右下方向に傾斜したガス溝３２２の斜めの壁に衝突し、電子エネルギーが徐々に消え、高出力部品に接続された経路を形成できず、したがって、吸気ガイド本体３０を高熱および高周波の損傷から保護する。

以上のとおり、本発明の実施形態について説明したが、いわゆる当業者は、本発明の原理および技術的思想から逸脱せずに、これらの実施形態に対して様々な変更、修正、置換および変形を行うことができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲およびこれに均等するものによって定められる。

６コイル、
８高周波マッチングデバイス、
１０吸気フランジ、
２０吸気ノズル、
３０吸気ガイド本体、
３０１止まり穴、
３０２径方向孔、
３０３エッジ溝、
３１１上部ガス溝、
３１２径方向溝、
３１３ねじれ溝、
３２１左下方向に傾斜したガス溝、
３２２右下方向に傾斜したガス溝、
３３１軸方向に真っ直ぐなガス溝、
３４３ガス通路、
４０ガス収集エリア、
５０絶縁保護層、
７１０断面。

Claims

吸気フランジ（１０）に密接された吸気ノズル（２０）を含み、前記吸気ノズル（２０）の内部チャンバーには、吸気ガイド本体（３０）が設けられ、
前記吸気ガイド本体（３０）は、上部構造、中部構造および下部構造を有し、前記上部構造、中部構造および下部構造は一体型の構造であって、いずれも円柱状の形状を呈し、前記上部構造の横断面の直径は、前記中部構造の横断面の直径より小さく、
前記中部構造と前記下部構造との間には、ガス収集エリア（４０）が設けられ、前記中部構造と前記下部構造とは、前記ガス収集エリア（４０）によって接続されている、プロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記吸気ガイド本体（３０）の上表面には、少なくとも１つの止まり穴（３０１）が設けられ、前記止まり穴（３０１）は前記上部構造の上表面から前記中部構造の内部まで通っており、前記止まり穴（３０１）の下端は径方向孔（３０２）の一端と連通しており、前記径方向孔（３０２）は前記中部構造の上部の外表面に設けられ、前記径方向孔（３０２）の他端はエッジ溝（３０３）と連通しており、前記エッジ溝（３０３）は前記中部構造および前記下部構造の外側面に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記上部構造の外側面には、少なくとも１つの上部ガス溝（３１１）が設けられ、前記上部ガス溝（３１１）は前記上部構造の外側面において軸方向に設けられ、前記上部ガス溝（３１１）の底部は、径方向溝（３１２）の一端に接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記径方向溝（３１２）の他端はねじれ溝（３１３）に接続され、前記ねじれ溝（３１３）は前記中部構造の外側面において螺旋状に設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記ねじれた溝（３１３）における螺旋状の巻き数は少なくとも０．５巻きである、ことを特徴とする請求項４に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記径方向溝（３１２）の他端は側壁ガスガイド溝に接続され、前記側壁ガスガイド溝は、複数のガス溝を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記側壁ガスガイド溝は、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝（３２２）および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝（３２１）を有し、前記右下方向に傾斜したガス溝（３２２）と前記左下方向に傾斜したガス溝（３２１）とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続されている、ことを特徴とする請求項６に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記側壁ガスガイド溝は、軸方向に真っ直ぐなガス溝（３３１）、少なくとも１つの右下方向に傾斜したガス溝（３２２）および少なくとも１つの左下方向に傾斜したガス溝（３２１）を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記軸方向に真っ直ぐなガス溝（３３１）は、前記径方向溝（３１２）の他端に接続され、前記左下方向に傾斜したガス溝（３２１）と前記右下方向に傾斜したガス溝（３２２）とは、ガス流の方向にしたがって順番に接続されている、ことを特徴とする請求項８に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。
前記吸気フランジ（１０）と前記吸気ガイド本体（３０）との間には絶縁保護層（５０）が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセスチャンバー内のプラズマ逆流を遮断することにより吸気構造を保護する装置。