JP2023533441A - 原子層堆積を用いるプラズマエッチングツール内で用いられる構成要素の表面の密封 - Google Patents
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Abstract
プラズマエッチングチャンバ内で用いられる様々な機械加工された構成部品を、原子層堆積(ALD)コーティングを用いて密封する。構成部品をALD層によって密封することによって、被加工物製作の間にプラズマへの繰り返される露出によって引き起こされる表面腐食/エッチが除去され、または著しく軽減される。結果として、腐食によって引き起こされる、望ましくない粒子発生は、除去され、または著しく低減され、プラズマエッチングチャンバ内の汚染を防止する。【選択図】図8
Description
関連出願の相互参照
本出願は、すべての目的に対してその全体において参照により本明細書に組み込まれている、2020年6月23日に出願された米国特許出願第63/042,913号の優先権を主張するものである。
本出願は、すべての目的に対してその全体において参照により本明細書に組み込まれている、2020年6月23日に出願された米国特許出願第63/042,913号の優先権を主張するものである。
本開示は、プラズマエッチングツール内で用いられる構成部品を製作することに関し、より詳細には、原子層堆積(ALD)コーティングを用いて、機械加工された構成部品を密封し、被加工物製作の間にプラズマへの繰り返される露出によって引き起こされる表面腐食を、防止または少なくとも軽減することに関する。
ここに示される背景の説明は、本開示の関連を一般的に提示するためのものである。この「背景技術」の項で説明されるもの、および潜在的に、書かれた説明の態様は、本出願に関する従来技術として明示的または暗黙的に認められるものではない。
プラズマエッチングツールは、半導体ウェハおよびフラットパネルディスプレイなど、様々なタイプの被加工物をエッチングするためによく知られている。プラズマエッチングツールを用いて、酸素またはフッ素などの反応性ガスが、被加工物を含んだ処理チャンバ内に導入される。無線周波数(RF)エネルギーが印加されるとき、プラズマが発生される。プラズマ内のイオンまたは他の反応物は、被加工物の表面に衝突し、材料を取り除くまたはエッチング除去する。結果としての揮発性物質は、次いで真空システムによってチャンバから取り除かれる。
プラズマエッチングツールの1つの問題は、被加工物のエッチングの間、チャンバ内の構成部品の表面が繰り返しプラズマに曝されることである。結果として、これらの表面は腐食しやすく、処理チャンバを汚染し、潜在的に被加工物上に堆積する粒子を発生し、しばしば処理欠陥を引き起こし、歩留まりを低下させる。
従って、汚染粒子の発生を除去するまたは少なくとも軽減する、プラズマエッチングチャンバ内の構成部品の表面腐食を低減する方法が必要である。
本出願は、プラズマエッチングチャンバ内で用いられる構成部品の表面に堆積される、原子層堆積(ALD)コーティングを対象とする。ALDコーティングは、機械製作および/または構成部品の繰り返される使用から結果として生じる、亀裂、緩んだまたはやや緩んだデブリなど、粒子発生を受けやすい表面欠陥を密封するように働く。表面欠陥を密封することによって、プラズマエッチングチャンバ内の望ましくない粒子および他の汚染物質の発生は除去され、または軽減される。従ってALDコーティングは、そうでなければ破損および粒子発生を被りやすい表面を結び付ける、「接着剤」層として実質的に働く。
非排他的な実施形態では、本出願は、プラズマエッチングチャンバでの使用のためのガス分配構成要素を対象とする。ガス分配構成要素は、ガス分配構成要素内に機械加工された1つまたは複数のガス導管と、1つまたは複数のガス導管の内壁の少なくともいくつかの部分上に形成されている原子層堆積(ALD)コーティングと、を含む。ALDコーティングは、機械加工および/または繰り返される使用の結果として生じる亀裂、緩んだまたはやや緩んだデブリなどの、表面欠陥を密封するように働く。ALDコーティングを用いて、表面欠陥は、表面腐食によって引き起こされるプラズマエッチングチャンバ内の望ましくない粒子および他の汚染物質の発生を除去または軽減する、「接着剤」層によって実質的に密封される。
様々な代替実施形態では、ガス分配構成要素は、シリコン、酸化アルミニウム(Al2O3、ときにはアルミナとも呼ばれる)もしくは酸化イットリウム(Y2O3)を含むセラミック、非酸化物セラミック、他の材料でイットリウム、炭化珪素、もしくはアルミニウムを含む材料、または任意の他の適切な材料の1つから製作される。ALDコーティングは、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、もしくは酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、またはプラズマエッチングチャンバ内での使用のために適した任意の他の材料を含む群から選択される。
1つの、全く排他的でない実施形態では、ガス分配構成要素は、シリコンから製作され、ALDコーティングもシリコンである。
他の実施形態では、1つまたは複数のガス導管の内壁に堆積されている、堆積されているALDコーティングは、厚さが非一様で、厚さが20から500ナノメートルまでの範囲であり、一般に1つまたは複数のガス導管のガス出口で、より厚く、それぞれの導管の長さに沿って徐々に薄くなる。他の実施形態では、ALD層は、実質的に一様な厚さである。
他の実施形態では、1つまたは複数のガス導管は、放電加工(EDM)を用いてガス分配構成要素内に穿孔によって機械加工される。代替実施形態では、1つまたは複数のガス導管は、おおよそ500ミクロン、400~600ミクロンの範囲、600ミクロン未満、400ミクロン超の直径を有し得る。1つまたは複数のガス導管は、おおよそ30:1、20:1~40:1の範囲、20:1超、40:1未満のアスペクト比を有し得る。
他の非排他的な実施形態では、ガス分配構成要素は、容量結合プラズマ(CCP)での使用のためのシャワーヘッド、または誘導結合プラズマ(ICP)タイププラズマチャンバでの使用のためのガス分配ノズルである。
他の非排他的な実施形態は、プラズマエッチングチャンバでの使用のためのシリコンで作られた構成要素を対象とする。構成要素は、構成要素の少なくとも一部分に堆積されている原子層堆積(ALD)コーティングを含み、ALDコーティングは、プラズマエッチングチャンバ内の環境に曝されたときに、ALDコーティングによって覆われている構成要素の少なくとも一部分の腐食を除去または軽減する。様々な実施形態では、ALDコーティングは、20から500ナノメートルまでの範囲の厚さである。1つの非排他的な実施形態では、構成要素は、半導体ウェハのエッジ周辺を取り囲んで、ウェハエッジ上のフィーチャプロファイルを適合させることを目的とする、機械加工されたシリコンリングである。他の非排他的な実施形態では、構成要素は、CCPまたはICPタイプエッチングチャンバそれぞれに、ガスを供給するためのシャワーヘッド電極またはガス分配ノズルである。他の実施形態では、構成要素は、プラズマ処理チャンバ内で用いられる任意の構成要素とすることができる。
他の非排他的な実施形態は、プラズマエッチングチャンバでの使用のための構成要素を製作するための方法を対象とする。方法は、材料から構成要素を製作すること、構成要素の材料内に1つまたは複数の穴を機械穿孔すること、構成要素の材料内に穿孔された1つまたは複数の穴の内面をウェットエッチングすること、構成要素の材料内に穿孔された1つまたは複数の穴の内面に少なくとも部分的に、原子層堆積プロセスを用いてALDコーティングを堆積すること、を含み、ALDコーティングは、1つまたは複数の穴の穿孔から結果として生じる内面上の表面欠陥を密封する。様々な代替形態では、ALDプロセスを用いて堆積されるALDコーティングは、20から500ナノメートルの範囲の厚さを有する。一実施形態では、構成要素は、CCPエッチングチャンバでの使用のためのシャワーヘッド電極であり、CCPチャンバ内にガスを供給するために、機械加工された穴が設けられる。他の実施形態では、構成要素は、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングチャンバ内にガスを供給するためのガスノズルである。いずれの場合において、ALDコーティングは、構成要素がプラズマに曝されたときに、腐食によって引き起こされる粒子発生を防止または軽減する。様々な実施形態において、構成要素が製作される材料は、シリコン、酸化アルミニウム(Al2O3)もしくは酸化イットリウム(Y2O3)を含むセラミック、非酸化物セラミック、炭化珪素、またはアルミニウムである。ALDコーティングは、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、を含む群から選択される。
本出願およびその利点は、添付の図面と併せ読まれる以下の説明を参照することによって最も良く理解され得る。
図面において、ときには類似の構造要素を指定するために、類似の数字が用いられる。また図における描写は線図であり、必ずしも原寸に比例していないことを理解されたい。
次に、本出願について、添付の図面に示されているそれらの非排他的な実施形態を参照して詳しく述べられる。以下の説明において、本開示の十分な理解をもたらすために、数多くの特定の詳細が開示される。しかし、当業者には、本開示はこれらの特定の詳細のいくつかまたはすべてがなくても、実施され得ることが明らかになるであろう。他の場合において、本開示が不必要に不明瞭にならないように、よく知られたプロセスステップおよび/または構造は詳しく説明されていない。
容量結合プラズマツール
図1を参照すると、容量結合プラズマ(CCP)エッチングツール10のブロック図が示される。CCPツール10は、チャンバ12と、チャンバ12内にガスを分配するためのシャワーヘッド電極14と、被加工物18を固定するための静電チャック(ESC)16と、シャワーヘッド電極14に結合された無線周波数(RF)電源20と、を含む。
図1を参照すると、容量結合プラズマ(CCP)エッチングツール10のブロック図が示される。CCPツール10は、チャンバ12と、チャンバ12内にガスを分配するためのシャワーヘッド電極14と、被加工物18を固定するための静電チャック(ESC)16と、シャワーヘッド電極14に結合された無線周波数(RF)電源20と、を含む。
シャワーヘッド電極14は、構成要素本体14Aと、ガス供給プレナム22と、チャンバ12内で被加工物18に対向するガス分配面24と、を含む。ガス分配面24は、ガス分配面24上のガス出口を画定する、シャワーヘッド電極14の構成要素本体14Aに機械加工された複数のガス導管26を含む。非排他的な実施形態では、シャワーヘッド電極14の構成要素本体14Aは、シリコンから製作され、ガス導管26によって画定される穴は、おおよそ500ミクロンの直径を有し、しばしば「EDM」と呼ばれる放電加工を用いてシャワーヘッド電極14内に機械加工される。EDMは、精密な機械加工の方法であるが、ガス導管26の内部側壁内には、亀裂、ワッフリング、アンダーカット、または突出などの表面欠陥が依然として生じ得る。これらの表面欠陥の改善に役立つように、ウェットまたは化学エッチングが任意選択で行われることができ、ガス導管26の内部側壁上の材料の亀裂、ワッフリング、アンダーカット、および/または突出の程度の低減に役立つ。
シャワーヘッド電極14の構成要素本体14Aは、多種多様な異なる材料から製作されることができ、シリコンに限定されないことが理解されるべきである。例えば、シャワーヘッド電極14は、(a)シリコン、(b)非酸化物セラミック、(c)酸化物、(d)セラミック、(e)炭化珪素、(f)酸化アルミニウム、(g)アルミニウム、またはプラズマ環境内での動作に適したほとんど任意の他の材料から製作され得る。さらに、ガス導管26によって画定される穴の直径は、大きく異なり得る。直径は、400から600ミクロンまでの範囲、または400ミクロン未満もしくは600ミクロン超とすることができる。一般原則として、直径は、所望のガス流量、ガスのタイプ、および他の要因などの、要因に基づいて異なり得る。ガス導管26はまた、付加製造(ときには「3D印刷」とよばれる)、機械的穿孔、ミリング、コンピュータ数値制御(CNC)加工その他の使用など、EDM以外の種々のやり方で機械加工され得る。
動作の間、1つまたは複数のガスが、ガス供給プレナム22を通じてシャワーヘッド電極14に供給される。シャワーヘッド電極14の構成要素本体14A内では、1つまたは複数のガスは、内部ガス供給ネットワーク(図に示されない)を通じて分配され、被加工物18の上のガス導管26を通して分配される。RF電源20からのエネルギーがシャワーヘッド電極14に印加されるとき、チャンバ12内にプラズマ28が発生される。プラズマ28は、2つの電極、すなわちシャワーヘッド電極14と、接地に結合されたESC16との間に間隔が空けられるので、「容量結合プラズマ」(CCP)といわれる。チャンバ12内にプラズマ28がある状態で、イオンまたは他のラジカルは被加工物18の表面に衝突し、材料の曝される層を取り除くまたはエッチング除去する。結果としての揮発性物質は次いで、真空システム(図に示されない)によってチャンバ12から取り除かれる。
図2を参照すると、シャワーヘッド電極14の構成要素本体14Aのガス分配面24が示される。この特定の実施形態では、構成要素本体14のガス分配面24上のガス導管26によって画定される穴は、同心円に配置される。このようにして、チャンバ12内に供給されるガスは、被加工物18の上に広くおよび均等に分散される。示される特定のパターンは、単に例示的なものであることが理解されるべきであり、いかなる点においても限定するものと解釈されるべきではない。これに対して、ガス導管26は、行または列、様々な螺旋、他の幾何学的または非幾何学的パターンなど、任意のパターンに配置され得る。
ガス導管26は通常、大きなアスペクト比を有し、これはそれらの長さが、それらの直径より著しく大きいことを意味する。様々な実施形態では、ガス導管26は、おおよそ30:1、20:1~40:1の範囲、20:1超または40:1未満のアスペクト比を有し得る。やはり、本明細書で列挙される特定のアスペクト比は単に例示的なものであり、ガス導管26は任意のアスペクト比を有し得る。
発明者は、ガス導管26の内壁は、被加工物18の処理の間、繰り返されるおよび/または長時間のプラズマ28への露出によって引き起こされる、腐食および望ましくない粒子発生を被りやすいことを見出した。前述したように、ガス導管26の機械加工は通常、結果として材料の亀裂、ワッフリング、アンダーカット、および/または突出を含む表面欠陥を生じる。これらの表面は繰り返しプラズマ28に曝されるので、欠陥は材料破損を受けやすく、結果として粒子の剥離およびチャンバ12の汚染を生じる。この問題を除去するまたは少なくとも軽減するために、発明者は、原子層堆積(「ALD」)コーティングを用いて、ガス導管26の内壁の少なくともいくつかの部分を含む、シャワーヘッド電極14の少なくともいくつかの部分を密封することを提案する。例えば、ガス導管26の内壁の機械加工された表面を少なくとも部分的にALDコーティングすることによって、表面亀裂、ワッフリング、ならびにアンダーカットおよびオーバカットが効果的に密封される。結果として、ガス導管26の内壁または表面は、プラズマ28への露出による材料破損の傾向が著しく少なくなる。従って粒子発生および汚染物質は除去され、または少なくとも軽減され、被加工物の歩留まりを著しく改善する。
図3を参照すると、ALDコーティング32を有するいくつかの代表的なガス導管26の断面図が示される。ALDコーティング32を形成するために、シャワーヘッド電極14の構成要素本体14Aは、ALD処理ツール内に配置され、複数のALDサイクルを受ける。ALDサイクルの間、前駆体は個々のガス導管26内に上に移動し、粒子が側壁上に堆積し、ALDコーティング32を形成する。ALDサイクルの数は、一般にALDコーティング32の所望の厚さに依存する。
ALDサイクルの間、ガス導管26の長さに沿った前駆体の移動の程度は、ガス導管26のガス出口の近傍と比べて小さくなる傾向がある。結果として、ALDコーティング32は、ガス導管26のガス出口の近くで、より厚く堆積する傾向があるが、ガス導管26の長さに沿って次第に薄くなる。結果としてのALDコーティング32は、従って非一様になり得る。ガス導管26のガス出口は、プラズマ28に対するほとんどの露出を負うので、これらのエリアは、腐食を最も受けやすい傾向を有する。従ってこの領域で、より厚いALDコーティング32を有することは有益である。他の実施形態では、ALDコーティングは、それが一様になるように、ALDプロセスの間に堆積され得る。これは一般に、より多くの前駆体が導管の長さに沿って移動することを可能にするように、各ALDサイクルの個々の半サイクルを少し長く延ばすことによって達成される。結果として、ALDコーティング32は、厚さがより一様になる。
ALDコーティング32の厚さは、大きく異なり得る。具体的な、非排他的な実施形態では、厚さは100、150、または200ナノメートルとすることができる。上記に列挙された厚さは、単に例示的なものであり、他の厚さが用いられ得る。例えば、ALDコーティング32は、20から500ナノメートルまでの厚さの範囲内とすることができる。所与のシャワーヘッド電極14に対する堆積されているALDコーティング32の所望の厚さは、寿命(例えば、厚いほど寿命は長くなる)、ガス導管26によって画定される穴の直径、ALDコーティング32を所望の厚さまで堆積するために必要なALD処理時間その他などの要因に基づいて変わり得る。
ALDプロセスの間に堆積されるALDコーティング32の材料も、異なり得る。例示的な材料は、全く非限定的に、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、スピネル、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、またはプラズマエッチングチャンバ内での使用のために適した任意の他の材料を含む。本明細書および「特許請求の範囲」において、スピネルとは、マグネシウムアルミニウム酸窒化物を備えた材料を含んだ結晶体である。従ってALDコーティング32は、シャワーヘッド電極14を製作するために用いられる材料(a)から(g)と同じまたは異なり得る。
1つの特定の、全く排他的でない実施形態では、シャワーヘッド電極14およびALDコーティング32は、共にシリコンである。同じ材料の使用は、シャワーヘッド電極14を製作するために用いられる基礎となる材料と同じ材料で、表面欠陥を少なくとも部分的に充填および密封する恩恵を含む。また、チャンバ12内のプラズマ28によって見られるように、類似の材料は、同様な熱膨張係数、および同様な特徴を有するようになる。
誘導結合プラズマツール
図4を参照すると、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングツール40のブロック図が示される。ICPエッチングツール40は、チャンバ42と、チャンバ42内の被加工物46を支持するための台座44と、チャンバ42内にガスを導入するための1つまたは複数のガスノズル48(簡略にするために、1つのガスノズルのみが示される)と、誘導コイル50と、RF電力源52と、を含む。当技術分野でよく知られているように、RF電力源52は、誘導コイル50を通して時間的に変化する電流をもたらし、結果としての磁界からプラズマ54を発生する。プラズマは誘導的に発生されるので、ICPエッチングツール40は、しばしばICPツールと呼ばれる。
図4を参照すると、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングツール40のブロック図が示される。ICPエッチングツール40は、チャンバ42と、チャンバ42内の被加工物46を支持するための台座44と、チャンバ42内にガスを導入するための1つまたは複数のガスノズル48(簡略にするために、1つのガスノズルのみが示される)と、誘導コイル50と、RF電力源52と、を含む。当技術分野でよく知られているように、RF電力源52は、誘導コイル50を通して時間的に変化する電流をもたらし、結果としての磁界からプラズマ54を発生する。プラズマは誘導的に発生されるので、ICPエッチングツール40は、しばしばICPツールと呼ばれる。
1つまたは複数のガスノズル48はそれぞれ、多種多様な材料から作られ得る構成要素本体48Aを含む。様々な実施形態では、ガスノズル48は、上記に列挙されたものと同じ材料(a)から(g)、またはプラズマ環境内での動作に適したほとんど任意の他の材料から製作され得る。ガスノズル48はまた、以下で詳しく述べられるように、1つまたは複数のガスをチャンバ42内に供給するための用いられる、1つまたは複数のガス導管(図に示されない)を含み得る。これらのガス導管は、EDM、ミリング、CNC加工など、様々な機械加工または穿孔技法を用いて同様に製作され得る。どのように製作されるかに関わらず、ガス導管の内壁は、亀裂、ワッフリング、材料突出、アンダーカットなどを含む表面欠陥を有する傾向があり、従って腐食および粒子発生を受けやすい。ガス導管は腐食を受けやすいので、少なくとも部分的にそれらの内壁を密封するALDコーティングは、この実施形態にも有益である。
図5を参照すると、ガスノズル48の構成要素本体48Aの断面図が示される。構成要素本体38Aは、上記に列挙された材料(a)から(g)または他の適切な材料から作られることができ、EDM、ミリング、CNC加工、穿孔などを含む、上記に列挙された技法の任意のものを用いて製作されるまた他の形で本体48Aに機械加工される、1つまたは複数のガス導管58を含む。示されるように、ガス導管58のいくつかは、チャンバ42内にガスを直接注入するように配置され、他のガス導管58は、角度を有してチャンバ内にガスを導くように配置される。
腐食および粒子発生を防止または少なくとも軽減するために、ALDコーティング60は、ガスノズル48の内壁の少なくともいくつかの部分にわたって堆積される。前に述べられたのと同様に、内壁上のALDコーティング60は、非一様な厚さのものとすることができ、ガス出口において、より厚く、ガス導管58の長さに沿って徐々に薄くなることを意味する。他の実施形態では、ALDコーティング60は一様な厚さのものとすることができる。様々な実施形態では、ALDコーティング60の厚さは、20から500ナノメートルまで大きく異なり得る。やはり、ガス導管58のガス出口にALDコーティング60を設けることによって、腐食および粒子発生を最も受けやすい表面エリアが密封される。結果として、望ましくない粒子および他の汚染物質の発生は、著しく低減される、または全体的に除去される。
ALDコーティング60は、種々の材料から作られ得る。例示的な材料は、全く非限定的に、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、またはプラズマエッチングチャンバ内での使用のために適した任意の他の材料を含む。
上述の実施形態では、2つの異なるタイプのガス分配構成要素の表面を密封するためのALDコーティングの使用が述べられた。しかし、本明細書で企図される本開示の範囲は、ガス分配構成要素のみに全く限定されないことが理解されるべきである。これに対して、本開示は、ALDコーティングなどは、エッチングチャンバ内のほとんど任意のタイプの構成要素上に堆積され得ることを企図する。このような他の構成要素は、何らかの種類のセンサを収容するために用いられるもの、または平坦な、輪郭を有する、曲線状の、非一様な、または他の形状であるかに関わらず、単に任意の機械加工された表面などの、非ガス分配の穴を含み得る。いずれの場合においても、ALDコーティングは、エッチングチャンバ内でプラズマまたは他のラジカルに曝されたとき、表面腐食および粒子発生を除去または軽減するために用いられ得る。
他の構成部品
図6を参照すると、CCPまたはICPエッチングツールのエッチングチャンバ(図示せず)内の被加工物72を支持するための、台座70の断面図が示される。台座70は、本体74を含み、被加工物72を所定の位置に固定するための固定面76を画定する。様々な実施形態では、台座70は、ESCタイプのチャックの場合のように静電的に、機械的に、真空によって、またはそれらの任意の組み合わせなどのやり方で、被加工物72を表面76に固定し得る。
図6を参照すると、CCPまたはICPエッチングツールのエッチングチャンバ(図示せず)内の被加工物72を支持するための、台座70の断面図が示される。台座70は、本体74を含み、被加工物72を所定の位置に固定するための固定面76を画定する。様々な実施形態では、台座70は、ESCタイプのチャックの場合のように静電的に、機械的に、真空によって、またはそれらの任意の組み合わせなどのやり方で、被加工物72を表面76に固定し得る。
台座70はまた、被加工物72の周辺を取り囲む、1つまたは複数のエッジリング78、80を含み得る。このようなリング78、80は、異なる機能を行い得る。例えば、上部リング78は、所定の位置に被加工物72を機械的に固定するまたは他の形で配置するのを、補助し得る。リング80は、処理チャンバ内の電力送出電極として用いられ得る。
様々な実施形態では、リング78、80は、上記に列挙された材料(a)から(g)など、またはプラズマ環境内での動作に適したほとんど任意の他の材料など、構成要素を製作するために用いられる上記に列挙された材料の任意のものから機械加工される。また、リング78、80は、EDM、ミリング、CNC加工、穿孔など、上記に列挙された手法の任意のものを用いて製作され得る。このようなリングは通常、機械加工されるので、上記で述べられたものなどの表面欠陥が通常存在する。
リング80は、上部リング78の下に配置されるので、通常、台座70が用いられる処理ツール内のプラズマの直接の見通し線内にない。それでもなおリング80は、依然として基板処理の間にラジカルに曝され得る。結果として、リング80の機械加工された表面は、腐食を経験し、望ましくない粒子を発生し得る。従って、ALDコーティングは、望ましくない粒子発生を防止または軽減するために、リング80上に同様に有利に用いられ得る。
図7Aおよび7Bを参照すると、リング80上にALDコーティング82が設けられる。代替実施形態では、ALDコーティング82は、リング80の外側面全体、またはその少なくともいくつかの部分に設けられる。同様に、ALDコーティング82は、全く非限定的に、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、またはプラズマエッチングチャンバ内での使用のために適した任意の他の材料を含む、上記に列挙された材料のいずれかから作られ得る。ALDコーティング82はまた、20から500ナノメートルまでの範囲内の任意の厚さを有し得る。ALDコーティング82を堆積することによって、リング80の機械加工された表面は効果的に密封され、腐食および表面破損によって引き起こされる粒子発生を防止または軽減する。
詳述されないが、上部リング78はまた、同様なALDコーティングによって密封され得る。
リング78、80はそれぞれ、本明細書で述べられるCCPまたはICPツールなど、プラズマチャンバ内で用いられる構成要素である。本明細書で述べられる特定の構成要素は、いかなる点においても限定するものと解釈されるべきではないことが留意されるべきである。これに対して、プラズマの直接の見通し線内かどうかに関わらず、エッチングチャンバ内で用いられる任意の構成要素の本体のいくつかの部分は、本明細書で述べられるようにALDコーティングを用いて密封され得る。結果として、望ましくない粒子発生および他の汚染物質の発生は、著しく低減され得る。
構成要素製作プロセスフロー
図8を参照すると、CCPまたはICPタイプエッチングツールでの使用のための構成部品の本体を、ALDコーティングするための製作ステップを示すフロー図90が示される。製作される部品は、非限定的に、シャワーヘッド電極14、ガスノズル48、リング78、80、またはプラズマエッチチャンバ内の任意の他の構成要素を含む、プラズマエッチングチャンバ内で用いられる任意の構成要素とすることができる。このようなチャンバ内で用いられる多くの構成要素は機械加工されるので、腐食によって引き起こされる粒子発生を除去または低減するために、本明細書で述べられるようなALDコーティングプロセスが用いられ得る。
図8を参照すると、CCPまたはICPタイプエッチングツールでの使用のための構成部品の本体を、ALDコーティングするための製作ステップを示すフロー図90が示される。製作される部品は、非限定的に、シャワーヘッド電極14、ガスノズル48、リング78、80、またはプラズマエッチチャンバ内の任意の他の構成要素を含む、プラズマエッチングチャンバ内で用いられる任意の構成要素とすることができる。このようなチャンバ内で用いられる多くの構成要素は機械加工されるので、腐食によって引き起こされる粒子発生を除去または低減するために、本明細書で述べられるようなALDコーティングプロセスが用いられ得る。
最初のステップ92で、構成部品の本体が製作される。前述したように、所与の構成部品は、シリコン、セラミック、非酸化物セラミック、酸化物、セラミック、炭化珪素、酸化アルミニウム、アルミニウム、またはプラズマ環境内での動作に適したほとんど任意の他の材料など、種々の材料から製作され得る。また、EDM、CNC加工、成形、ミリング、穿孔などを含む、種々の製作手法が用いられ得る。
任意選択のステップ94で、構成部品の性質に応じて、構成要素の本体は、複数の理由により機械加工され得る。シャワーヘッド電極14およびガスノズル48の場合は、ガス導管26、58は、本明細書で述べられるようにEDMを用いて穿孔される。他のタイプの構成部品、穴、凹部、または他の特徴は、EDM、ミリング、穿孔などを用いて機械加工され得る。例えば、構成部品は、ねじまたはボルトなどの固定要素を受け入れるために、他の構成部品、センサを収容するように穿孔された穴または凹部を有し得る。他の実施形態において、その中に形成されている任意の穴または凹部を含んだ、構成部品の本体は、付加製造(例えば、3D印刷)を用いて製作され得る。
任意選択のステップ96で、構成部品の表面は、ウェットまたは化学エッチングを受け得る。前述したように、ウェットエッチングは、材料の亀裂、ワッフリング、アンダーカット、およびオーバカットをある程度低減して、表面欠陥を改善する傾向がある。
ステップ98で、構成部品の本体の少なくともいくつかの部分またはすべては、ALDコーティングで密封される。このステップは、構成部品の本体をALDツールの処理チャンバ内に配置することと、ALDコーティングが所望の厚さになるまで複数のALDサイクルを行うことと、が関わる。ALDコーティングは、全く非限定的に、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティング、またはプラズマエッチングチャンバ内での使用のために適した任意の他の材料を含む、上記に列挙された材料の任意のものから作られ得る。
最後に、ステップ100で、コーティングされた構成要素は、プラズマエッチングツール内に据え付けられる。
ALDプロセスフロー
図9を参照すると、上述のように図8のステップ88で実施されるALDプロセスのフロー図が示される。
図9を参照すると、上述のように図8のステップ88で実施されるALDプロセスのフロー図が示される。
最初のステップ102で、構成部品は、ALDツールの処理チャンバ内に配置される。
ステップ104および106で、ALDサイクルの前半が行われる。前半のサイクルは、第1の前駆体および/または反応物を処理チャンバ内に導入することと、プラズマ発生することと、構成要素の表面に粒子の第1の層を堆積することと、が関わる。その後に、処理チャンバは次いでパージされる。
ステップ108および110で、ALDサイクルの後半が行われる。これらのステップは、第2の前駆体および/または反応物を処理チャンバ内に導入することと、プラズマを発生することと、構成要素の表面に粒子の第2の層を堆積することと、が関わる。その後に、処理チャンバはパージされる。
本明細書で述べられるような前半および後半のALDステップは、プラズマに依存する。しかし、これは全く要件ではことが留意されるべきである。他の実施形態において、前半および/または後半のALDステップは、プラズマの無いものとすることができる。加えて、例えば、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法、または薄膜を堆積することができる任意の他のプロセスなど、任意の他の堆積プロセスが用いられ得る。
決定ステップ112では、粒子の第1および第2の層の堆積から結果として生じるALDコーティングが、所望の厚さに達したかどうかが決定される。そうでない場合は、ステップ104~110が繰り返される。そうである場合は、上記のプロセスは完了する。
前述したように、ALDコーティングは、非限定的に、酸化アルミニウム、イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム、シリコン、または酸化シリコン(SiO2)を含む他のシリコンベースのコーティングを含む、多種多様な種々の材料から作られることができ、またはプラズマエッチングチャンバ内の腐食を防止または軽減するのに適した任意の他の材料が用いられ得る。種々の前駆体および/または反応物が、種々の材料選択のそれぞれに対して通常用いられる。シリコンまたは酸化アルミニウムのALD層を堆積するとき、例えば、シリコン(例えば、SiO2)またはアルミニウム(例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)Al(CH3)3)を含んだ前駆体と、水(H2O)などの反応物と、が用いられる。残りのALD材料に対しては、適切な前駆体および/または反応物が用いられ得る。
図10は、他の半導体処理システム1000の概略断面図である。半導体処理システムは、処理チャンバ(すなわち、基板処理チャンバ)1002を含む。処理チャンバ1002は、誘導結合プラズマ(ICP)ベースのシステムとして示されるが、本明細書で開示される例は、変圧器結合プラズマ(TCP)またはダウンストリームプラズマシステムなど、他のタイプの基板処理システムに適用され得る。
処理チャンバ1002は、下部チャンバ領域1004と、上部チャンバ領域1006とを含む。下部チャンバ領域1004は、チャンバ側壁面1008と、チャンバ底面1010と、シャワーヘッド1014を含んだシャワーヘッドアセンブリなどのガスまたはプラズマ分配装置の下面と、によって画定される。例えば、シャワーヘッド1014は、イオンおよび/または紫外線(UV)フィルタ/遮断物として機能するように構成されたフェースプレート1016を含み得る。上部チャンバ領域1006の内部容積内で活性化されたラジカルは、上部チャンバ領域1006およびフェースプレート1016の表面から跳ね返り/反射し、貫通穴1030を通って処理チャンバ1000の下部チャンバ領域1004内に入って、基板1026上のエッチングプロセスを形成する。
いくつかの例では、フェースプレート1016は、接地などの基準電位に接続される(図10に示されるように)。他の例では、フェースプレート1016は、正または負の直流(DC)基準電位に接続され得る。
上部チャンバ領域1006は、シャワーヘッド1014の上面1012と、ドーム1018の内側表面とによって画定される。いくつかの例では、ドーム1018は、任意選択でプロセスガス(例えば、ヘリウム、水素など)を上部チャンバ領域1006に送出するための、1つまたは複数の間隔が空けられた穴1022を含んだ、第1の環状支持体1020上に置かれる。いくつかの例では、プロセスガスは、シャワーヘッド1014を含む平面に対して鋭角に上方向に、1つまたは複数の間隔が空けられた穴1022によって送出されるが、他の角度/方向が用いられ得る。第1の環状支持体1020内のガス流路(図示せず)は、1つまたは複数の間隔が空けられた穴1022に、ガスを供給するために用いられ得る。
シャワーヘッド1014の深さ(すなわち、フェースプレート1016が下部チャンバ1004の内部容積内に延びる量)は、フェースプレート1016の下面と、基板1026との間の間隙を画定する。間隙(すなわち、間隙幅または間隔)は、所望のエッチプロファイルを達成するために最適化される。例えば、エッチ均一性は、種々のプロセス、処理チャンバなどにわたって異なり得る。従って、シャワーヘッド1014は、特定のプロセスおよび/または処理チャンバに対する、所望の間隙を達成するように構成される。例えば、間隙は、1~10インチ(例えば、25~76mm)の間で変化され得る。一実施形態では、シャワーヘッド1014は、間隙を調整するために、取り除かれおよび取り替えられ得る。
基板またはウェハ支持体1024は、下部チャンバ領域1004内に配置される。いくつかの例では、基板支持体1024は、静電チャック(ESC)を含むが、他のタイプの基板支持体が用いられ得る。基板またはウェハ1026は、エッチングなどの処理の間、基板支持体1024の上面に配置される。いくつかの例では、基板1026の温度は、加熱要素(またはヒータプレート)128、流体流路および1つまたは複数のセンサ(図示せず)を有する任意選択の冷却板、および/または任意の他の適切な基板支持体温度制御システムによって、制御され得る。
1つまたは複数の誘導コイル1040は、ドーム1018の外側部分の周りに配置され得る。活性化されたとき、1つまたは複数の誘導コイル1040は、ドーム1018の内部に電磁場を作り出す。いくつかの例では、上側コイルと下側コイルとが用いられる。ガス注入器1042は、ガス送出システム1050から、1つまたは複数のガス混合物を注入する。ガス送出システム1050は、1つまたは複数のガス源1052と、1つまたは複数の弁1054と、1つまたは複数の質量流量コントローラ(MFC)1056と、混合マニホールド1058と、を含むが、他のタイプのガス送出システムが用いられ得る。
いくつかの例では、ガス注入器1042は、ガスを下向き方向に導く中央注入位置と、下向き方向に対して1つまたは複数の角度でガスを注入する1つまたは複数の側面注入位置と、を含む。いくつかの例では、ガス送出システム1050は、ガス注入器1042の中央注入位置に第1の流量でガス混合物を、および側面注入位置に第2の流量でガス混合物を送出する。他の例では異なる混合物が、ガス注入器1042によって送出される。いくつかの例では、ガス送出システム1050は、チューニングガスを処理チャンバ内の他の位置に送出する。
プラズマ発生器1070は、1つまたは複数の誘導コイル1040に出力されるRF電力を発生するために用いられ得る。プラズマは、上部チャンバ領域において発生される。いくつかの例では、プラズマ発生器1070は、RF発生器1072と、マッチングネットワーク1074とを含む。マッチングネットワーク1074は、RF発生器1072のインピーダンスを、1つまたは複数の誘導コイル1040のインピーダンスに整合させる。単一のRF源(すなわち、RF発生器1072)が示されるが、他の例では、2つ以上の異なるパルス化レベルを供給するために、複数のRF源が用いられ得る。弁1078およびポンプ1080は、下部および上部チャンバ領域1004、1006の内部の圧力を制御するため、および反応物を排気するために用いられ得る。
コントローラ1076は、ガス送出システム1050、弁1078、ポンプ1080、および/またはプラズマ発生器1070と通信して、プロセスガス、パージガス、RFプラズマおよびチャンバ圧力を制御する。いくつかの例では、プラズマは、1つまたは複数の誘導コイル1040によってドーム1018の内部に維持される。1つまたは複数のガス混合物は、ガス注入器1042(および/または穴1022)を用いて、処理チャンバ1002の上部から導入される。
本開示によるシャワーヘッド1014は、基板1026に対して行われるエッチングの所望のエッチプロファイルを調整するように構成された、1つまたは複数の特徴を含む。例えば、シャワーヘッド1014は、埋め込み型ヒータ(図10には示さず)を含み得る。コントローラ1076は、シャワーヘッド1014の温度を制御するようにヒータを制御し、所望のエッチプロファイルを維持するように構成される。フェースプレート1016は、プラズマを上部チャンバ領域1006から、フェースプレート1016を通って、下部チャンバ領域1004に流すように配置された、穴1030を含む。本開示による穴1030の配置(例えば、穴の直径、ピッチ、パターンなど)は、所望のエッチプロファイルを達成するように最適化され得る。例えば、穴1030は、フェースプレート1016の特定の領域では、省かれ/遮断され得る。本開示によるシャワーヘッド1014はまた、下部チャンバ領域1004内に(すなわち、処理チャンバ1002の内部容積内に)突き出る/延びることができる。
実施形態では、シャワーヘッド1014は、酸化イットリウムの穴1030内に、ALDコーティングを有するアルミニウムの構成要素本体を有し得る。このような実施形態では、遠隔のプラズマシャワーヘッド1014は、保護用ALDコーティングを有する構成要素である。同じまたは別の実施形態において、ガス注入器1042内の通路は、保護用ALDコーティングを有し得る。
本明細書でもたらされる実施形態は単に例示的なものであることが理解されるべきであり、いかなる点においても限定するものと解釈されるべきではない。概して、本出願は、2つの渦巻きパターンと、それぞれ2つのパターンに対する2つのプレナムと、を画定する少なくとも2組の穴を有する任意のシャワーヘッドを包含することが意図される。
少数の実施形態のみが詳しく述べられたが、本出願は、本明細書でもたらされる開示の思想および範囲から逸脱せずに、多くの他の形で実施され得ることを理解されたい。
従って、本実施形態は、例示的であり、限定的ではないと考慮されるべきであり、本明細書で与えられた詳細に限定されるべきではなく、添付の「特許請求の範囲」の範囲および等価物内において変更され得る。
Claims (32)
- 構成要素であって、
1つまたは複数の穴がその中に形成されている構成要素本体と、
それぞれ前記1つまたは複数の穴の内面の少なくとも一部分上に堆積されている原子層堆積(ALD)コーティングと
を含む構成要素。 - 請求項1に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、
(a)シリコン
(b)非酸化物セラミック
(c)酸化物セラミック
(d)炭化珪素
(e)アルミニウム
(f)酸化アルミニウム(Al2O3)、または
(g)酸化イットリウム(Y2O3)
の1つから製作される、構成要素。 - 請求項1に記載の構成要素であって、前記ALDコーティングは、
(a)酸化アルミニウム
(b)酸化イットリウムアルミニウム
(c)酸化イットリウム
(d)シリコン
(e)酸化シリコン、または
(f)スピネル
を含む群から選択される、構成要素。 - 請求項1に記載の構成要素であって、前記ALDコーティングは、前記構成要素がプラズマに曝されたときに腐食によって引き起こされる粒子発生を除去または軽減する、構成要素。
- 請求項1に記載の構成要素であって、前記構成要素本体はシリコンから製作され、前記ALDコーティングもシリコンである、構成要素。
- 請求項1に記載の構成要素であって、前記ALDコーティングは、20から500ナノメートルの範囲の厚さを有する、構成要素。
- 請求項1に記載の構成要素であって、前記構成要素は、プラズマチャンバ内での使用のためのガス分配構成要素であり、前記構成要素本体内に形成されている前記1つまたは複数の穴は、1つまたは複数のガス導管である、構成要素。
- 請求項7に記載の構成要素であって、前記ALDコーティングは、
(a)前記1つまたは複数のガス導管のガス出口で、より厚く、それぞれ前記1つまたは複数のガス導管の長さに沿って徐々に薄くなる、または
(b)それぞれ前記1つまたは複数のガス導管の長さに沿って厚さが一様である、
のいずれかである、構成要素。 - 請求項1に記載の構成要素であって、前記1つまたは複数の穴は、
(a)放電加工(EDM)
(b)付加製造
(c)ミリング
(d)穿孔
(e)コンピュータ数値制御(CNC)加工、または
(f)(a)から(e)の任意の組み合わせ
の1つによって前記構成要素内に形成される、構成要素。 - 請求項7に記載の構成要素であって、前記1つまたは複数のガス導管は、
(a)おおよそ500ミクロン
(b)400~600ミクロンの範囲
(c)600ミクロン未満、または
(d)400ミクロン超
の1つまたは複数の直径を有する、構成要素。 - 請求項7に記載の構成要素であって、前記1つまたは複数のガス導管は、
(a)おおよそ30:1
(b)20:1~40:1の範囲
(c)20:1超、または
(d)40:1未満
の1つまたは複数のアスペクト比を有する、構成要素。 - 請求項7に記載の構成要素であって、前記ガス分配構成要素はシャワーヘッドである、構成要素。
- 請求項12に記載の構成要素であって、前記シャワーヘッドはまた、プラズマチャンバ内に無線周波数(RF)エネルギーを供給する電極として働き、前記プラズマチャンバは、容量結合プラズマ(CCP)エッチングツール内に設けられる、構成要素。
- 請求項7に記載の構成要素であって、前記ガス分配構成要素は、ガス分配ノズルであり、前記プラズマチャンバは、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングツール上に設けられる、構成要素。
- 請求項7に記載の構成要素であって、前記1つまたは複数のガス導管はそれぞれ、前記ALDコーティングを堆積する前にウェットエッチングされる内壁を画定する、構成要素。
- プラズマエッチングチャンバ内での使用のための構成要素であって、
シリコンから作られた構成要素本体と、
前記構成要素本体の少なくとも一部分上に堆積されている原子層堆積(ALD)シリコンコーティングとを備え、前記ALDシリコンコーティングは、前記プラズマエッチングチャンバ内の環境に曝されたときに、前記ALDシリコンコーティングによって覆われた前記構成要素本体の少なくとも前記一部分の腐食を除去または軽減する、構成要素。 - 請求項16に記載の構成要素であって、前記ALDシリコンコーティングは、20から500ナノメートルまでの範囲の厚さである、構成要素。
- 請求項16に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、シリコンリングであり、前記ALDシリコンコーティングは、前記シリコンリングが前記プラズマエッチングチャンバ内のラジカルに曝されたときに、粒子発生を除去または軽減するために設けられる、構成要素。
- 請求項16に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、(a)前記プラズマエッチングチャンバ内の支持面上に配置されたときに、半導体ウェハのエッジ周辺を取り囲むこと、(b)前記プラズマエッチングチャンバ内の電力送出電極として動作すること、を目的とするシリコンリングである、構成要素。
- 請求項16に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、シャワーヘッドであり、前記ALDシリコンコーティングは、前記シャワーヘッド内に形成されているガス導管のガス出口内に堆積される、構成要素。
- 請求項16に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、誘導結合プラズマエッチングツールのエッチングチャンバ内にガスを供給するためのガスノズルであり、前記ALDシリコンコーティングは、前記ガスノズル内に製作された1つまたは複数のガス導管の、1つまたは複数のガス出口内に堆積される、構成要素。
- プラズマエッチングチャンバでの使用のための構成要素を製作する方法であって、
前記構成要素本体の前記材料内に形成されている1つまたは複数の穴を有する材料から、前記構成要素の構成要素本体を製作し、
前記構成要素本体の前記材料内に形成されている前記1つまたは複数の穴の内面を、ウェットエッチングし、
前記構成要素本体の前記材料内に形成されている前記1つまたは複数の穴の内面上に、少なくとも部分的に、ALDプロセスを用いて原子層堆積(ALD)コーティングを堆積することを備え、前記ALDコーティングは、その中での形成から結果として生じる前記内面上の表面欠陥を密封するように働く、方法。 - 請求項22に記載の方法であって、前記ALDコーティングを堆積することは、さらに、前記ALDコーティングが20から500ナノメートルの範囲の厚さを有するまで、前記ALDプロセスを用いることを備える、方法。
- 請求項22に記載の方法であって、前記構成要素はシャワーヘッドである、方法。
- 請求項22に記載の方法であって、前記構成要素は、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングツールのエッチングチャンバ内にガスを供給するためのガスノズルである、方法。
- 請求項22に記載の方法であって、前記構成要素本体が製作される前記材料は、
(a)シリコン
(b)非酸化物セラミック
(c)酸化物セラミック
(d)炭化珪素
(e)アルミニウム
(f)酸化アルミニウム(Al2O3)、または
(g)酸化イットリウム(Y2O3)
の1つから選択される、方法。 - 請求項22に記載の方法であって、前記構成要素本体および前記ALDコーティングの前記材料は、共にシリコンである、方法。
- 請求項22に記載の方法であって、前記ALDコーティングは、
(a)酸化アルミニウム
(b)酸化イットリウムアルミニウム
(c)酸化イットリウム
(d)シリコン
(e)酸化シリコン、および
(f)スピネル
を備える、方法。 - 請求項22に記載の方法であって、前記材料内に形成されている前記1つまたは複数の穴を有する、前記構成要素の前記構成要素本体を製作することは、さらに、
(a)放電加工(EDM)
(b)付加製造
(c)ミリング
(d)穿孔
(e)コンピュータ数値制御(CNC)加工、または
(f)(a)~(e)の任意の組み合わせ
の製作プロセスの1つを備える、方法。 - プラズマエッチングチャンバでの使用のための構成要素であって、請求項22に記載の方法を用いて作られる構成要素。
- 請求項30に記載の構成要素であって、前記構成要素はシャワーヘッドである、構成要素。
- 請求項30に記載の構成要素であって、前記構成要素は、誘導結合プラズマ(ICP)エッチングツールのエッチングチャンバ内での使用のためのガスノズルである、構成要素。
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