JP3171623U - プラズマ処理チャンバの可動基板支持アセンブリ用の消耗絶縁リング - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理チャンバの可動基板支持アセンブリ用の消耗絶縁リングを提供する。【解決手段】可動基板支持アセンブリの消耗絶縁リングに関る。消耗絶縁リングは、固定接地リングの周囲にぴたりと嵌る可動接地リングの段上に支持されるように構成される。消耗絶縁リングは、可動基板支持アセンブリの誘電体リングから可動接地リングを電気的に絶縁するように構成される。【選択図】図１
Description
半導体技術の世代が進むにつれて、ウエハは直径が増す傾向にあり、トランジスタはサイズが縮小するので、ウエハ処理では、かつてないほど高レベルの精度および再現性が必要とされている。シリコンウエハなどの半導体基板材料は、プラズマ処理チャンバを使用して処理されるのが通常である。プラズマ処理技術は、スパッタリング蒸着、プラズマ助長化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：Plasma enhanced chemical vapor deposition）、レジスト剥離、およびプラズマエッチングを含む。プラズマは、プラズマ処理チャンバ内の適切なプロセスガスに高周波（ＲＦ：radio frequency）電力を加えることによって生成されえる。プラズマ処理チャンバ内のＲＦ電流のフローは、処理に影響を及ぼしうる。
プラズマ処理チャンバは、プラズマ生成のために、誘導結合（トランス結合）、ヘリコン、電子サイクロトロン共鳴、容量結合（平行平板）などの様々なメカニズムに依存することができる。例えば、高密度プラズマは、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標）：transformer coupled plasma）処理チャンバ内において、または電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：electron cyclotron resonance）処理チャンバ内において発生させることができる。ＲＦエネルギがチャンバ内へ誘導結合されるトランス結合プラズマ処理チャンバは、カリフォルニア州フリーモントのラムリサーチ社（Lam Research Corporation）から入手可能である。高密度プラズマを提供することができるハイフロープラズマ処理チャンバの一例が、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第５，９４８，７０４号に開示されている。平行平板プラズマ処理チャンバ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理チャンバ、およびトランス結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））処理チャンバは、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第４，３４０，４６２号、第４，９４８，４５８号、第５，２００，２３２号、および第５，８２０，７２３号に開示されている。
例えば、プラズマは、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第６，０９０，３０４号に記載されている二重周波数プラズマエッチングチャンバなどの平行平板プラズマ処理チャンバ内において発生させることができる。好ましい平行平板プラズマ処理チャンバは、上方シャワーヘッド電極と基板サポートとを含む二重周波数容量結合プラズマ処理チャンバである。例示のため、ここでは、平行平板プラズマ処理チャンバを参照にして実施形態の説明がなされる。
プラズマエッチングのための平行平板プラズマ処理チャンバが、図１に示されている。プラズマ処理チャンバ１００は、チャンバ１１０と、入口ロードロック１１２と、必須の構成ではない出口ロードロック１１４とを含み、これらのさらなる詳細は、参照によって本明細書に全体を組み込まれた同一人所有の米国特許第６，８２４，６２７号に記載されている。
ロードロック１１２および（もし提供されるならば）ロードロック１１４は、ウエハなどの基板をウエハ供給部１６２からチャンバ１１０を通ってウエハ貯蔵部１６４へ出るように移動させるための移動装置を含む。ロードロックポンプ１７６は、ロードロック１１２，１１４内に所望の真空圧を提供することができる。
チャンバ１１０内を所望の圧力に維持するように、ターボポンプなどの真空ポンプ１７２が適応される。プラズマエッチング中、チャンバ圧力は制御され、好ましくはプラズマを維持するのに十分なレベルに維持される。高すぎるチャンバ圧力が、エッチングの停止の原因となりえて不利である一方で、低すぎるチャンバ圧力は、プラズマの消滅を招く恐れがある。平行平板プラズマ処理チャンバなどの中密度プラズマ処理チャンバでは、チャンバ圧力は、好ましくは、約２００ミリトール未満（例：２０〜５０ミリトールのように１００ミリトール未満）（ここで使用される「約」は、±１０％を意味する）の圧力に維持される。
真空ポンプ１７２は、チャンバ内の圧力を制御するために、チャンバ１１０の壁にある出口につながれてバルブ１７３によってスロットル調整することができる。好ましくは、真空ポンプは、チャンバ１１０にエッチングガスが流れ込む間、チャンバ１１０内の圧力を２００ミリトール未満に維持することができる。
チャンバ１１０は、上方電極１２５（例：シャワーヘッド電極）を含む上方電極アセンブリ１２０と、基板サポート１５０とを含む。上方電極アセンブリ１２０は、上方ケース１３０内に装着される。上方ケース１３０は、上方電極１２５と基板サポート１５０との間の間隔を調整するために、メカニズム１３２によって垂直方向に移動させることができる。
１つまたは複数のガスを含むプロセスガスを上方電極アセンブリ１２０に供給するために、ケース１３０にプロセスガス源１７０をつなぐことができる。好ましいプラズマ処理チャンバでは、上方電極アセンブリは、基板の表面に近接する領域にプロセスガスを供給するために使用することができるガス分配システムを含む。ガス分配システムは、１つもしくは複数のガスリング、注入器、および／またはシャワーヘッド（例：シャワーヘッド電極）を含むことができ、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第６，３３３，２７２号、第６，２３０，６５１号、第６，０１３，１５５号、および第５，８２４，６０５号に開示されている。
上方電極１２５は、好ましくは、プロセスガスを分配するためのガス穴（不図示）を含むシャワーヘッド電極を含む。ガス穴は、０．０２〜０．２インチ（約０．０５〜０．５ｃｍ）の直径を有することができる。シャワーヘッド電極は、プロセスガスの所望の分配を促すことができる１枚または複数枚の垂直方向に互いに空間をあけて配されたバッフル板を含むことができる。上方電極および基板サポートは、グラファイト、シリコン、炭化シリコン、アルミニウム（例：陽極酸化アルミニウム）、またはこれらの組み合わせなどの任意の適切な材料で形成されてよい。上方電極アセンブリ１２０には熱伝達液体源１７４を、基板サポート１５０には別の熱伝達液体源をそれぞれつなぐことができる。
基板サポート１５０は、基板サポート１５０の上面１５５（支持面）上に基板を静電的にクランプするために、１つまたは複数の埋め込みクランプ電極を有することができる。基板サポート１５０は、ＲＦ源と、ＲＦ整合回路網などの付随回路網（不図示）とによって通電することができる。基板サポート１５０は、好ましくは温度制御され、随意として加熱構成（不図示）を含んでよい。加熱構成の例は、参照によって本明細書に組み込まれた同一出願人の米国特許第６，８４７，０１４号および第７，１６１，１２１号に開示されている。基板サポート１５０は、支持面１５５上にフラットパネルまたは２００ｍｍもしくは３００ｍｍのウエハなどの半導体基板を支持することができる。
基板の処理中にその基板の温度を制御するために、基板サポート１５０は、好ましくは、支持面１５５上に支持された基板の下にヘリウムなどの熱伝達ガスを供給するための通路を内部に含む。例えば、ヘリウム裏面冷却は、ウエハ温度を、基板上のフォトレジストの燃焼を阻止しえる十分な低さに維持することができる。基板と基板支持面との間の空間に加圧ガスを導入することによって基板の温度を制御する方法は、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第６，１４０，６１２号に開示されている。
基板サポート１５０は、リフトピンを通すリフトピン穴（不図示）を含むことができ、これらのピンは、基板をチャンバ１１０に出し入れするために、適切なメカニズムによって垂直方向に作動され、基板を支持面１５５から持ち上げることができる。リフトピン穴は、約０．０８インチ（約０．２ｃｍ）の直径を有する。リフトピン穴の詳細は、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた同一人所有の米国特許第５，８８５，４２３号および第５，７９６，０６６号に開示されている。
図２は、内部のＲＦ電流の流路を図解するために、容量結合プラズマ処理チャンバ２００のブロック図を示している。処理チャンバ２００内において、基板２０６が処理されている。基板２０６をエッチングするためのプラズマを点火するために、チャンバ２００内のプロセスガスにＲＦ電力が加えられる。ＲＦ電流は、基板の処理中に、ＲＦ供給部２２２からケーブル２２４沿いにＲＦ整合回路網２２０を通って処理チャンバ２００に流れ込むことができる。ＲＦ電流は、経路２４０沿いに伝わってプロセスガスと結合することによって、底部電極２０４の上方に配置された基板２０６を処理するためのプラズマを閉じ込めチャンバ体積（confined chamber volume）２１０内に形成することが可能である。
プラズマの形成を制御するためにおよび処理チャンバ壁を保護するために、閉じ込めリング２１２が用いられてよい。典型的な閉じ込めリングの詳細は、ともに２００９年８月３１日に出願された同一人所有の米国仮特許出願第６１／２３８６５６号、第６１／２３８６６５号、第６１／２３８６７０号、ならびに米国特許出願公開第２００８／０１４９５９６号に記載されている。閉じ込めリング２１２は、シリコン、ポリシリコン、炭化シリコン、炭化ホウ素、セラミック、アルミニウムなどの導電性の材料で作成されてよい。通常、閉じ込めリング２１２は、プラズマを形成されるべき閉じ込めチャンバ体積２１０の周囲を取り巻くように構成されてよい。閉じ込めリング２１２に加えて、閉じ込めチャンバ体積２１０の周囲は、上方電極２０２、底部電極２０４、２１６および２１８などの１つまたは複数の絶縁体リング、エッジリング２１４、ならびに下方電極支持構造２２８によっても画定されてよい。
閉じ込め領域（閉じ込めチャンバ体積２１０）から中性ガス種を排出するために、閉じ込めリング２１２は、（スロット２２６ａ、２２６ｂ、および２２６ｃなどの）複数のスロットを含んでよい。中性ガス種は、ターボポンプ２３４を通じて処理チャンバ２００から押し出される前に、閉じ込めチャンバ体積２１０から処理チャンバ２００の（該チャンバ体積の外側の）外部領域２３２を通過するであろう。
基板処理中に形成されたプラズマは、閉じ込めチャンバ体積２１０内に維持されることが望ましい。しかしながら、特定の条件下では、プラズマは、閉じ込めチャンバ体積２１０の外側で点火されることがある。一例として、高く加圧された環境では、（閉じ込めチャンバ体積２１０から処理チャンバ２００の外部領域２３２へ排出されている）中性ガス種は、ＲＦ磁場に遭遇することがある。チャンバの外側におけるＲＦ磁場の存在は、非閉じ込めプラズマ２５０の形成をもたらすことがある。
代表的な処理環境では、ＲＦ電流は、ＲＦ生成器から閉じ込めチャンバ体積２１０内へ、次いで電気接地へ流れる。チャンバ体積２１０から電気接地へのＲＦ電流の流路は、ＲＦ帰還路と称される。図２を参照すると、ＲＦ帰還路２４２は、閉じ込めリング２１２群の内側に沿って流れるＲＦ帰還電流を含むであろう。ポイント２５２では、ＲＦ帰還電流は、処理チャンバ２００との橋渡しをするために、閉じ込めリング２１２の外側に沿って流れるであろう。チャンバ壁からは、ＲＦ帰還電流は、ストラップ２３０群をたどって下方電極支持構造２２８に向かうであろう。下方電極支持構造２２８の表面から、ＲＦ帰還電流は、ＲＦ整合２２０を通じてＲＦ源２２２に戻るであろう。
以上からわかるように、経路２４２をたどることによって、ＲＦ電流は、閉じ込めチャンバ体積２１０の外側を流れて電気接地へ向かう。その結果、チャンバの外側領域において、ＲＦ磁場が生成されることがある。このようなＲＦ磁場の存在は、処理チャンバ２００の外部領域２３２において非閉じ込めプラズマ２５０の形成をもたらすことがある。
したがって、非閉じ込めプラズマの点火を回避しつつ短いＲＦ帰還路を提供するための構成が望まれている。
ここで説明されるのは、隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの消耗絶縁リングであって、該消耗得絶縁リングは、約１４．８インチ（約３７．６ｃｍ）の内径と、約１５．１インチ（約３８．４ｃｍ）の外径と、約０．３インチ（約０．７６ｃｍ）の高さとを有する矩形断面と、１２０°ずつ角度をあけて配され消耗絶縁リングの下方外縁に配された３つの凹所とを有し、各凹所は、直径が約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）の半円筒状壁部分を有し、該半円筒状壁部分の中心軸は、消耗絶縁リングの中心軸から半径約７．５インチ（約１９．１ｃｍ）に位置し、各凹所は、消耗絶縁リングの外面上に開いた直壁部分を有し、該直壁部分は、半円筒状壁部分の直径に等しい幅を有し、半円筒状壁部分につながれ、各凹所は、約０．０９インチ（約０．２３ｃｍ）の深さを有する。
ここで説明されるのは、隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバにおいて可動基板支持アセンブリを取り巻く消耗絶縁リングである。図３Ａおよび図３Ｂは、典型的な隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバ３００の部分断面図を示している。チャンバ３００は、可動基板支持アセンブリ３１０と、中心電極板３０３および環状外側電極３０４を含む上方電極と、環状外側電極３０４から外向きに延びる導電性の閉じ込めリング３０５とを含み、該閉じ込めリング３０５は、上方水平部分３０５ａと、該上方水平部分３０５ａの外端から下向きに延びる垂直部分３０５ｂと、該垂直部分３０５ｂの下端から内向きに延びる下方水平部分３０５ｃとを含み、該下方水平部分３０５ｃは、プラズマ処理チャンバ３００からプロセスガスおよび反応副産物が押し出される半径方向に延びるスロットを含む。可動基板支持アセンブリ３１０が図３Ａに示されるような上方位置にあるとき、下方水平部分３０５ｃの内端の下面は、可動接地リング４００の上端との電気的接触を提供する。下方水平部分３０５ｃの内端の下面は、好ましくは、可動接地リング４００との電気的接触を向上させるように適応された導電性のコーティングを含む。可動基板支持アセンブリ３１０が上方位置にあるときに、可動基板支持アセンブリ３１０上に支持された半導体基板のプラズマ処理が実施される。閉じ込めリング３０５は、下方水平部分３０５ｃの下に少なくとも１つのスロット付きリング（slotted ring）３０７を含むことができ、該スロット付きリング３０７は、放射状に延びるスロットを通るガスフロー伝導性（gas flow conductance）を調整するために、下方水平部分３０５ｃに対して回転可能である。図３Ｂは、下方位置にある可動基板支持アセンブリ３１０を示しており、この位置では、半導体基板を可動基板支持アセンブリ３１０上に移すことが可能である。
可動基板支持アセンブリ３１０は、可動接地リング４００と、下方電極３１７と、半導体基板を上に静電的にクランプされた静電チャック（ＥＳＣ）３１２と、ＥＳＣ３１２を取り巻くプラズマ暴露面を有するエッジリング３１１と、エッジリング３１１を取り巻くプラズマ暴露面を有する誘電体リング３０６と、エッジリング３１１のすぐ下の少なくとも１つの絶縁体リング３１５と、誘電体リング３０６のすぐ下にあって絶縁体リング３１５を取り巻く導電性材料の固定接地リング３４０とを含む。可動接地リング４００は、固定接地リング３４０上に支持された押し下げ可能なプランジャ３５０上に支持される。可動接地リング４００は、可動基板支持アセンブリ３１０が上方位置へ移動されたときに閉じ込めリング３０５と電気的接触をなすように、固定接地リング３４０に対して垂直方向に移動可能である。可動基板支持アセンブリ３１０は、電気的に接地されたバイアスケース３６０上に支持されえる。
固定接地リング３４０は、底壁の外側部分内に、それぞれ円周方向に互いに隔てて配された３つのプランジャ支持孔を含むことができ、各プランジャ支持孔は、押し下げ可能なピンを収容したプランジャ支持ケースに対し、それらのピンの上端が底壁の上面の上方に延びるように噛み合う。
図４Ａ〜図４Ｃは、可動接地リング４００の詳細を示している。可動接地リング４００は、環状の底壁４０２と、該底壁４０２の内周から上向きに延びる側壁４０１とを含む。側壁４０１は、可動接地リング４００が固定接地リング３４０に対して垂直方向に可動であるように固定接地リング３４０の外周を取り巻くように構成された内面４０１ａを有する。
図４Ｂに示されるように、可動接地リング４００は、好ましくは、側壁４０１の上面４０１ｂから延びる垂直面４４０ａと、内面４０１ａと垂直面４４０ａとの間に延びる水平面４４０ｂとによって、内面４０１ａに段４４０を形成されている。図４Ｃに示されるように、水平面４４０ｂは、可動基板支持アセンブリ３１０が下方位置にあるときに側壁４０１の上端を誘電体リング３０６から電気的に絶縁するように適応された消耗絶縁リング３２０（図３Ａ〜図３Ｂ）の下面の位置合わせ穴と嵌まり合う垂直ピン４９９を収容するように適応された複数の止まり穴４４０ｈを含む。
図５Ａに示されるように、消耗絶縁リング３２０は、その下面に複数の中心合わせ凹所３２１を含む。凹所３２１は、段４４０の水平面４４０ｂの止まり穴４４０ｈから延びる垂直ピン４９９を収容するように構成され、各垂直ピン４９９は、対応する１つの中心合わせ凹所３２１内に位置する。
一実施形態では、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、消耗絶縁リング３２０は、約１４．８インチ（約３７．６ｃｍ）の内径と、約１５．１インチ（約３８．４ｃｍ）の外径と、約０．３インチ（約０．７６ｃｍ）の高さとを有する矩形断面を有する。１２０°ずつ角度をあけて配された３つの凹所３２１が、消耗絶縁リング３２０の下方外隅に配される。各凹所３２１は、直径が約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）の半円筒状壁部分３２１ａを有する。半円筒状壁部分３２１ａの中心軸は、消耗絶縁リング３２０の中心軸から半径約７．５インチ（約１９．１ｃｍ）に位置する。半円筒状壁部分３２１ａは、消耗絶縁リング３２０の外面上に開いた直壁部分３２１ｂにつながっている。直壁部分３２１ｂは、半円筒状壁部分３２１ａの直径に等しい幅を有する。凹所３２１は、約０．０９インチ（約０．２３ｃｍ）の深さを有する。凹所３２１の全ての縁は、好ましくは、幅が約０．０２インチ（約０．０５１ｃｍ）の４５°の斜切り面（チャンファ、chamfer）を有する。凹所３２１は、消耗絶縁リング３２０と、好ましくはアルミニウムで作成される可動接地リング４００との間の熱膨張係数の相違を調整するように、そして暴露されている温度範囲内で消耗絶縁リング３２０を可動接地リング４００に対して中心合わせするように構成される。図３Ａ、図３Ｂ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図５Ｃに示されるように、消耗絶縁リング３２０が可動接地リング４００の段４４０上に支持されているとき、消耗絶縁リング３２０の内面３２０ｂは、可動接地リング４００の側壁４０１の内面４０１ａと実質的に同一の広がりを持ち（coextensive）、消耗絶縁リング３２０の上面３２０ａは、可動接地リング４００の側壁４０１の上面４０１ｂと実質的に同一の広がりを持つ（coextensive）。
消耗絶縁リング３２０は、石英、シリコン、炭化シリコン、イットリア、アルミナ、またはスプレー塗布された金属などの、１つまたは複数の適切な材料から作成することができる。好ましくは、消耗絶縁リング３２０は、石英で作成される。
以上では、具体的な実施形態を参照にして消耗絶縁リングの詳しい説明がなされてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく各種の変更および修正がなされてよいこと、ならびに各種の均等物が採用されてよいことが明らかである。
Claims (6)
- 隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの消耗絶縁リングであって、
前記消耗得絶縁リングは、約１４．８インチ（約３７．６ｃｍ）の内径と、約１５．１インチ（約３８．４ｃｍ）の外径と、約０．３インチ（約０．７６ｃｍ）の高さと、を有する矩形断面と、１２０°ずつ角度をあけて前記消耗絶縁リングの下方外縁に配された３つの凹所とを有し、
各凹所は、直径が約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）の半円筒状壁部分を有し、前記半円筒状壁部分の中心軸は、前記消耗絶縁リングの中心軸から半径約７．５インチ（約１９．１ｃｍ）に位置し、
各凹所は、前記消耗絶縁リングの外面上に開いた直壁部分を有し、前記直壁部分は、前記半円筒状壁部分の直径に等しい幅を有し、前記半円筒状壁部分につながれ、
各凹所は、約０．０９インチ（約０．２３ｃｍ）の深さを有する、消耗絶縁リング。 - 請求項１に記載の消耗絶縁リングであって、
前記凹所の全ての縁は、幅が約０．０２インチ（約０．０５１ｃｍ）の４５°の斜切り面を有する、消耗絶縁リング。 - 請求項１に記載の消耗絶縁リングであって、可動接地リングの段上に支持されるように構成され、
前記可動接地リングは、プラズマ処理を経る半導体基板を支持するように構成された可動基板支持アセンブリの固定接地リングの周囲に一致するように、そして前記固定接地リングへのＲＦ帰還路を提供するように構成され、
前記可動接地リングは、環状の底壁と、前記底壁の内周から上向きに延びる側壁とを含み、前記側壁は、前記可動接地リングが前記固定接地リングに対して垂直方向に可動であるように前記固定接地リングの外周を取り巻くように構成された内面を有し、
前記段は、前記側壁の上面から延びる垂直面と、前記内面と前記垂直面との間に延びる水平面とによって形成され、前記水平面は、前記消耗絶縁リングの前記凹所と適合するピンを収容するように構成された複数の止まり穴を含む、消耗絶縁リング。 - 請求項１に記載の消耗絶縁リングであって、
前記消耗絶縁リングが前記可動接地リングの前記段上に支持されているとき、前記消耗絶縁リングの内面は、前記可動接地リングの前記側壁の前記内面と実質的に同一の広がりを持ち、前記消耗絶縁リングの上面は、前記可動接地リングの前記側壁の前記上面と実質的に同一の広がりを持つ、消耗絶縁リング。 - 請求項１に記載の消耗絶縁リングであって、
前記可動基板支持アセンブリの誘電体リングから前記可動接地リングを電気的に絶縁するように構成され、前記誘導体リングは、エッジリングを取り巻くプラズマ暴露面を有する、消耗絶縁リング。 - 請求項１に記載の消耗絶縁リングであって、
石英、シリコン、炭化シリコン、イットリア、アルミナ、およびスプレー塗布された金属からなる群より選択される１つまたは複数の適切な材料で作成される消耗絶縁リング。
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