JP4263245B2

JP4263245B2 - パーティクル制御方法及びプラズマ処理チャンバー

Info

Publication number: JP4263245B2
Application number: JP51655898A
Authority: JP
Inventors: ウイッカー，トーマス，イー．; マラスチィン，ロバート，エー．
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: WO1998014980A1; JP2008235924A; JP2001501379A; JP4891287B2; KR20060029592A; EP0938740B1; KR100615067B1; DE69739145D1; KR100665649B1; US6251793B1; US5993594A; ATE416474T1; KR20000048585A; EP0938740A1

Description

発明の分野
本発明は、プラズマ処理チャンバーの改良、及び半導体ウェハ上の酸化物層をプラズマ・エッチングにより処理する方法等のプラズマ処理チャンバー中で基板を処理する方法に関する。
発明の背景
真空処理チャンバーは、一般に化学気相成長法（CVD）や、真空チャンバーに処理ガスを供給し、該処理ガスに高周波（ＲＦ）電界を印加することによる基板上の材料のエッチングに使用されている。平行平板（parallel plate）、トランスフォーマー結合型プラズマ（transformercoupled plasma：TCP^TM、ICPとも呼ばれる）、及び電子サイクロトロン共鳴（ECR）反応装置の例が、本件出願と譲受人が共通の米国特許4,340,464号、4,948,458号、及び5,200,232号に開示されている。基板は、処理の間、真空チャンバー内の所定の場所に基板ホルダーによって保持される。従来の基板ホルダーは、機械的なクランプ及び静電クランプ（ESC）を含む。機械的なクランプ及び静電クランプ（ESCの例は、本件出願と譲受人が共通の米国特許第5,262,029号及び1995年３月10日の出願に係る米国特許出願08/401,524号に記載されている。電極形式の基板ホルダーは、米国特許第4,579,618号に開示されているように、高周波（RF）パワーをチャンバー内に供給できる。
高周波源に結合されたアンテナが、処理チャンバー内で、ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするプラズマ処理システムが、米国特許4,948,458；5,198,718；5,241,245；5,304,279及び5,401,350号に開示されている。これらのシステムでは、アンテナがチャンバーの外側に置かれ、高周波エネルギーが誘電体の窓を通してチャンバーに供給される。これらの処理システムは、エッチング、堆積、レジスト剥離等の様々な半導体処理の分野で使用され得る。
発明の要約
本発明の目的は、基板ホルダーを取り囲むチャンバー・ライナー（chamber liner）、基板を取り囲むフォーカス・リング（focus ring）、及び/又は、基板に対向するガス分配プレート（gas distribution plate）のような反応面（reactor surface）の材料として窒化シリコンを使用することによって、基板が連続的に処理される際の基板のパーティクル汚染を低減することにある。
本発明の１つの側面によれば、基板を処理すると共に該基板のパーティクル汚染を低減する方法であって、処理チャンバー内の基板ホルダー上に基板を載置する工程を含む。ここで、ライナー、ガス分配プレート及び／又はフォーカス・リングのような部材が、処理チャンバー内の基板ホルダーの近くの領域に、露出した面を構成する。この部材は、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成され、該部材は、前記窒化シリコン部材の上に無欠のパッシベイティング層（highlyintact passivating layer）を形成すること、及び／又は、前記窒化シリコン部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、基板の処理の際の該基板のパーティクル汚染を最少にするために効果的である。この方法は、処理チャンバーに処理ガスを供給し、処理チャンバー内のガス分配プレートを通してＲＦエネルギーに誘導的に結合し、処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にすることによって前記基板を処理する工程と、プラズマ・ガスに基板を接触させることによって処理チャンバー内で基板を連続的に処理する工程を含む。処理チャンバーは、実質的に平板的なアンテナを含んでもよく、処理ガスは、このアンテナにＲＦパワーを供給することによってエネルギーを与えられてプラズマ状態にされてもよい。このプラズマは、高密度のプラズマを含んでもよく、基板は、ＲＦバイアスが供給しながら該基板上の酸化物層を高密度のプラズマによってエッチングすることによって処理されてもよい。この部材は、実質的に加熱プレス及び焼結されたＳｉ₃Ｎ₄からなることが好ましい。
本発明の他の側面によれば、プラズマ処理チャンバーは、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成される部材を備え、この部材は、チャンバー・ライナー、フォーカス・リング及び／又はガス分配プレートを備える。このチャンバーは、処理チャンバー内で基板を支持するための基板ホルダーと、処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するガス供給部と、処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするＲＦエネルギーを供給するＲＦエネルギー源のようなエネルギー源とを更に備える。このチャンバーは、ガス分配プレートの近くに誘電体の窓を備えてもよく、このＲＦエネルギー源は、この窓の近くに実質的に平板状のアンテナを備えてもよい。このアンテナは、窓を通してＲＦパワーを供給して処理チャンバー内で処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にする。このアンテナは、ガス分配プレート内のガス排出口が基板ホルダーとアンテナとの間に直接的に配置されないように配置されてもよい。この誘電体の窓は、実質的に均一な厚さと実質的に平板的な形状を有してもよく、このガス分配プレートは、実質的に均一な厚さと実質的に平板的な形状を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
同様な構成要素には同様な参照番号が付された図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るライナー（liner）、フォーカスリング（focus ring）及びガス分配プレート（gas distribution plate）を有する真空処理チャンバーの断面図である。
図２は、図１に示されるタイプの処理チャンバーにおいて窒化シリコンの分配プレートを用いることで達成された処理済みウエハ上のパーティクルの減少に関する改善を示すパーティクル対ウェハのカウントグラフである。
図３は、図１に示されるタイプの処理チャンバーにおいてアルミナのガス分配プレートを用いた場合の大量のパーティクル汚染を示すパーティクル対ウェハのカウントグラフである。
図４は、本発明に係る８９穴の窒化シリコンのガス分配プレートの上面図である。
図５は、本発明に係る３１穴の窒化シリコンのガス分配プレートの側面図である。
図６は、図５に示すガス分配プレートの外側エッジの断面図である。
図７は、図５に示すガス分配プレートの反対側を示す図である。
好ましい実施の形態の詳細な説明
本発明は、半導体ウェハ、フラット・パネル・ディスプレイ等のような基板のパーティクル汚染を低減することに関する改良を提供する。パーティクルの減少は、チャンバーの中で処理される基板に近接する部材の材料として窒化シリコンを利用することによって達成される。そような部材は、ライナー、フォーカスリング、ガス分配プレート等のような電気的に駆動されないチャンバー部分を含む。
基板のプラズマエッチングでは、シリコンウェハのような基板の上の様々な層に特徴（features）がエッチングにより形成される。そのようなエッチング工程では、ウェハ平面の上のリアクタ（reactor）の体積中におけるガスフローの空間的な分配を制御するために、ガス分配プレートが使用され得る。ラムリサーチ・インコーポレイテッドが提供しているプラズマエッチング反応器TCP9100（商標）では、ガス分配プレートは、TCP（商標）窓の直下に配置された環状（circular）のプレートである。この窓はまた、リアクタの上部における真空シーリング面であり、ウェハの上部の該ウェハに平行な平面内に配置されている。ガス分配プレートは、Ｏリングを使用して、ガス分配プレートの周辺に配置されたガス分配リングにシールされている。ガス分配リングは、ガスをソースからガス分配プレート、リアクタにＲＦエネルギーを供給するコイルの下の窓の内面、及びガス分配リングによって規定される体積にガスを供給する。ガス分配プレートは、該プレートを貫通した特定の直径の複数の穴からなる配列を含んでいる。ガス分配プレートを通る穴の空間的な分布は、エッチングされる層、例えば、フォトレジスト層、２酸化シリコン層、及びウェハ上の下層材料のエッチングの均一性を最適化するために変更することができる。ガス分配プレートの断面形状は、リアクタ中のプラズマへのＲＦパワーの分配を調整するために変更することができる。このガス分配プレートの材料は、ガス分配プレートを通してリアクタへの高周波パワーの結合を可能とするために、誘電体で構成しなければならない。更に、ガス分配プレートの材料は、酸素又はハイドロフルオロカーボン・ガス・プラズマ等の環境下で、破損やそれに起因するパーティクルの発生を避けるために、化学的なスパッタ・エッチングに対して高い耐性を有しなければならない。更に、ガス分配プレートの材料としては、汚染のレベルが低いものを採用すべである。さもなければ、ウェハ上のデバイスの性能に影響を与えるからである。
本発明に関して、窒化シリコンは、窒化アルミニウム及びアルミナのような他の材料を遥かに凌ぐ予測し得ない性能を齎すことが見出された。特に、ガス分配プレートを窒化シリコンで形成した場合、99.5％又は99.9％の純度のアルミナのガス分配プレートより、遥かに低いレートで攻撃され、その結果、ハイドロフルオロカーボン・ガスでのプラズマ・エッチングの際に、ウェハへのパーティクルの”追加”（累積したパーティクル）が遥かに少なくなった。
本発明の１つの実施の形態に係る真空処理チャンバーが図１に示されている。真空処理チャンバー１０は、基板１３に対して静電クランピング力を与える他、その上（基板ホルダーの上）に支持された基板に対して高周波バイアスを与える基板ホルダー１２と、基板がヘリウムで背面から冷却されている際に該基板上の領域内にプラズマを閉じ込めるフォーカスリング１４とを含む。チャンバー内で高密度（例えば、１０¹¹〜１０¹²イオン／ｃｍ³）のプラズマを維持するためのエネルギー源、例えば適切なＲＦ源によって駆動されるアンテナ１８と、適切なＲＦインピーダンセ整合回路とが、高密度プラズマを提供するために、チャンバー１０内のＲＦエネルギーと誘導結合する。チャンバーは、チャンバー内を所望の圧力（例えば、５０mTorr以下、典型的には１〜２０mTorr）に維持するために適切な真空ポンプ装置を含む。実質的に平面的で均一な厚さを有する誘電体の窓２０は、アンテナ１８と処理チャンバー１０の内部との間に設けられ、処理チャンバー１０の上部で真空壁を形成する。一般にシャワーヘッド２２と呼ばれるガス分配プレートは、窓２０の下に設けられ、ガス供給部２３によって処理チャンバー１０に供給される処理ガスを分配するための円形の穴（不図示）のような複数の開口を含む。円錐形のライナー３０は、ガス分配プレートから延びており、基板ホルダー１２を取り囲んでいる。アンテナ１８には、その内部に、温度制御用の液体を注入口、排出口導管２５、２６を通して流すためのチャネル２４を設けてもよい。しかしながら、アンテナ１８及び／又は窓２０は、他の技術によって冷却されてもよい。例えば、アンテナや窓に空気を吹き付ける技術、冷却媒体を窓及び／又はガス分配プレートに接触した熱伝達材に通す技術等がある。
運転中は、ウェハは、基板ホルダー１２の上に載置され、ヘリウムによって背面から冷却する場合には、典型的には、静電クランプ、機械式クランプ、又は他のクランピング機構でクランプによって基板ホルダー１２の上の所定の位置に保持される。次いで、処理ガスを窓２０とガス分配プレート２２との間の間隙に通して処理チャンバー１０に供給する。好適なガス分配プレート（即ち、シャワーヘッド）の構成が本件出願と譲受人が共通の米国特許出願第08/509,080号、08/658.258号及び08/658,259号に開示されている。それらの開示内容は本件出願の一部をなす。例えば、図１における窓及びガス分配プレートの構成は平板的で均一な厚みであるが、非平板的及び／又は不均一な厚みの形状の窓及び又はガス分配プレートを使用することもできる。適切なＲＦパワーをアンテナ１８に供給することにより、基板とガス分配プレート２２との間で高密度プラズマが形成される。温度制御用の流体をアンテナ１８内のチャネル２４に通して、アンテナ１８、窓２０及びガス分配プレート２２の温度を閾値温度、例えば１２０度℃以下、好ましくは９０度℃以下、更に好ましくは８０度℃以下に維持してもよい。
図２は、加熱プレスされた窒化シリコンのガス分配プレートを持つ処理チャンバーの中で処理されたウェハ上のウェハパーティクルの数の比較を示す。これは、チャンバー圧が５mTorr、ＴＣＰ^TMパワー（アンテナ１８によって供給されるＲＦパワー）が１２１５Ｗ，ボトム電極パワー（基板ホルダー１２によって供給されるＲＦバイアス）が９５０Ｗの条件で、処理ガスとして３０ｓｃｃｍのＣ₂ＨＦ₅及び２０ｓｃｃｍのＣ₂Ｆ₆を使用して、２０秒間酸化物のエッチング処理を実行した結果である。窒化シリコンのガス分配プレートは、窒化シリコンをベースとする材料で構成される。この材料には、金属酸化物の焼結促進剤（sintering aid）、例えば、ＭｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂のような焼結促進剤が有効量含まれてもよい。そのような焼結促進剤は、好ましくは、ガス分配プレートを製造するために使用される材料の３重量％以下になるように添加される。これにより、アルミナのガス分配プレートが使用される場合と比較して、ウェハ上のアルミニューム汚染が著しく低減される。図３は、ガス分配プレートがアルミナで作された場合における同様の処理でのパーティクル数を示す。
図２及び図３から、パーティクル汚染の平均は、窒化シリコンのガス分配プレートを使用した場合、２０００枚のウェハのマラソン・ラン（marathon run）において、１０パーティクル／ウェハ以下に維持される。一方、アルミナのガス分配プレートを使用した場合、同様のマラソン・ランにおいて、パーティクル数の平均は、１５０パーティクル／ウェハ程度であった。酸化物のエッチングにおいて、アルミナのガス分配プレートの上にはポリマーが連続的に形成され、そのポリマーが剥がれて処理すべきウェハを汚染する。対照的に、この実施の形態では、無欠かつ均一なパッシベイティング層が窒化シリコンのガス分配プレート上に形成される。窒化シリコン上のこのパッシベイティングは、非常に均一な厚さ（例えば、１０μｍ以下）であり、アルミナ上に形成されるポリマーの成長に比べて非常にゆっくり成長する。従って、窒化シリコン上のこのパッシベイティング層は、アルミナの構造体に見られるような剥がれの問題を引き起こさない。
この分配プレートは、第４図から第７図に示すように種々の形態を採り得る。第４図に示すガス分配プレート４０は、８９個の穴４１と、その中心部の近くに４個の凸部（embossment）４２とを有し、これによってガス分配プレートと誘電体の窓との間にガスを供給するための経路が設けられる。第５図〜第７図に示されるガス分配プレート５０は、３１個の穴５１と、この穴５１に処理ガスを供給するためのチャネル５２を有する。また、このプレートは、その外周５４において厚くなっており、チャンバーにおける据え付け構造に適合する形状となっている。このガス分配プレート、ライナー及び／又はフォーカスリングは、本件出願と譲受人が共通の米国特許出願第08/658,262号及び第08/658,262号に記載されたタイプのチャンバーに搭載することもできる。これらの出願の開示内容は、本件出願の一部をなす。
酸化物エッチング処理においてエッチングされる基板には、一般に、下層と、エッチングされる酸化物層と、この酸化物層の上に形成されるフォトレジスト層が含まれる。この酸化物層は、ＳｉＯ₂、ＢＰＳＧ、ＰＳＧその他の酸化物材料のいずれか１つであってもよい。下層は、Ｓｉ、ＴｉＮ、シリシドその他の下層、又は基板材料であってもよい。エッチングの選択性、即ち、フォトレジストのエッチング速度と比較したエッチング対象の層のエッチング速度は、４：１程度又はそれ以上であることが好ましい。下層に対する酸化物層のエッチングの選択性は、酸化物：フォトレジストのエッチングの選択性、例えば４０：１より大きいことが好ましい。
本発明によれば、一般に、シリコン、ポリシリコン、シリサイド、窒化チタン、アルミニウム等の導電層、又は、窒化シリコン等の非導電伝送層の上に形成される２酸化シリコン（例えば、ドープされた又はドープされていないＴＥＯＳ、ＢＰＳＣＴ、ＵＳＧ（undoped spin-on-glass）、熱酸化物、プラズマ酸化物等）のような誘電体材料をエッチングするような処理において、基板のパーティクル汚染を低減することができる。本発明によれば、半導体ウェハ（例えば、２５枚或いはそれ以上連続するウェハ）のような基板の連続的なバッチ処理において、ウェハのパーティクル汚染を許容レベル以下に維持しながら、０．５μｍ或いはそれ以下の寸法の対象物（例えば、コンタクト・ホール、ヴィア、トレンチ等）を得ることができると共に、２：１から７：１の範囲のアスペク比をエッチングにより達成することができる。
酸化物エッチングにおいては、チャンバーの圧力は、典型的には３００ｍＴｏｒｒ以下、好ましくは１〜４０ｍＴｏｒｒにされ、アンテナは、２００〜５０００ワット、好ましくは３００〜２５００ワットで駆動され、ＲＦバイアスは、６００ワット以下、好ましくは１０００〜２５００ワットにされ、Ｈｅ背圧は、５〜４０Ｔｏｒｒ、好ましくは７〜２０Ｔｏｒｒにされる。処理ガスには、１０〜２００ｓｃｃｍのＣＨＦ₃、１０〜１００ｓｃｃｍのＣ₂ＨＦ₅及び／又は１０〜１００ｓｃｃｍのＣ₂Ｆ₆を含め得る。
ガス分配プレート２２の温度制御は、チャネル２４を使用して、閉塞通風路温度コントローラ（closed circuit temperature controller）２８からアンテナ１８内を通して流体を循環させることにより行うことができる。この温度コントローラは、例えば１つあるいはそれ以上の温度センサ２７によって窓の温度を監視し、冷却剤の温度及び／又はアンテナ１８を通る冷却剤の流速（flow rate）を制御して、窓を闘値温度以下に維持することが好ましい。このアンテナ１８は、窓２０と効果的に熱接触をして、この窓とアンテナ１８との間で十分な熱伝導が行われることが好ましい。この窓は、高い熱伝導率を有する誘電体材料、例えば窒化アルミニウムで構成することが好ましく、これによって、アンテナ１８から窓を通してガス分配プレート２２への熱伝導を最大化することができる。窒化アルミニウムは、１００ｗ／ｍ−ｋの熱電導率、３．２７ｇ／ｃｍ³の比重、０．２ｃａｌ／ｇｍ−ｋの熱容量、０．７５の放射率を有する。プラズマからのイオン衝撃（bombardment）に起因してガス分配プレート２２が受ける熱は、窓２０を通過する。この熱は、アンテナ１８の中に冷却流体を通過させ、窓とガス分配プレート２２の間のガス圧を増加させ、アンテナの上に冷却ガスを吹きつけ、及び／又は、Ｈｅのような軽いガスをガス分配プレートによって分配される処理ガスに加えることによって除去することができる。
アンテナ１８は、実質的に平板的な形態及び／又は１又はそれ以上（例えば、３から７）回る螺旋を持つ螺旋上の形態のような種々の形態とすることができる。チャネル２４は、冷却流体の注入口から排出口まで、アンテナ１９の全ての部分を通るように延びていることが好ましい。例えば、この冷却流体は、螺旋アンテナ１８の外側から中央に向かって流れても良いし、中央からその外側へと流れてもよい。このアンテナは、ろうづけ、接着剤（例えばＲＴＶ）等の適当な方法によって、窓と張り合わせてもよい。これによってアンテナと窓との間に良好な熱伝導特性がもたらされる。アンテナを通る冷却流体は、イオンが除去された水、エチレングリコール、通常の熱交換オイル、あるいはFluoroinert（デュポン社による誘電性の流体）のような非電導の液体であることが好ましい。或いは、アンテナは、このアンテナの表面、一番上の表面など結合された冷却チューブを含んでいても良い。冷却流体は、チャンネル２４と同様の方法で、この冷却チューブを通過する。
このガス分配プレート２２は、この反応チャンバーに取り付けることが出来るような分離した部品として形成されていることが好ましい。また一方、窓２０とガス分配プレートは一つの部品であってもよい。一つの部品にした場合、高い熱電導性を持つ窓／ガス分配プレート２２の構成を提供すること、及び／又は、窓とガス分配プレート２２を通しての熱交換をより均一にすることができる。単一部品の窓／ガス分配プレートを製造する際に、グリーン状態のセラミック（greenceramic）誘電性材料に適当なガス通路と排水口を設け、これを焼結されて１つのプレートを形成する。通路及び／又は穴の中にプラズマが打撃を与えることを防止するためには、この通路と穴の面積は、アンテナに電力を供給して処理ガスを流している際にプラズマが形成されるような条件を避けるために十分に小さくすることが好ましい。
ライナー、フォーカス・リング、及び／又はガス分配プレートは、窒化シリコンを主成分とする窒化シリコン・ベースの粉末の種々の混合で形成することができる。例えば、窒化シリコンの全体量は、少なくとも９０重量％、好ましくは９５重量％以上、更に好ましくは９７重量％以上である。組成物の好適な例としては、（１）９７．３７％のＳｉ₃Ｎ₄＋１．６６重量％のＭｇＯ＋０．９７％のＳｉＯ₂；（２）９８．３６６％のＳｉ₃Ｎ₄＋０．９０８％のＭｇＯ＋０．７２６％のＡｌ₂Ｏ₃；（３）９７．４９６％のＳｉ₃Ｎ₄＋１．１２％のＭｇＯ＋０．４８７％のＳｉＯ₂＋０．８９７％Ａｌ₂Ｏ₃；（４）９６．６３９％のＳｉ₃Ｎ₄＋１．３３１％のＭｇＯ＋０．９６６％のＳｉＯ₂＋１．０６４％のＡｌ₂Ｏ₃が挙げられる。シリコンと窒素は、公称Ｓｉ₃Ｎ₄の化学量論が充分に達成することができるような量で存在することが望ましい。この混合物は、所望の形に成形したり、焼結して機械により所望の公差持たせたり、真空密封した表面のような表面仕上げをすることができる。
このガス分配プレートには、所望の穴のパターンを形成することができる。１つの好適な例が図４に示されており、この例では、０．０２０インチの直径を有する８９個の穴が設けられている。この穴のパターンは、１つの中央の穴、直径２インチの４個の穴、直径３インチの６個の穴、直径４インチの６個の穴、直径５インチの８個の穴、直径６インチの８個の穴、直径７インチの１２個の穴、直径８インチの１２個の穴、直径９インチの１６個の穴、及び直径１０インチの１６個の穴を含む。このプレートは、更に、上部に配置される窓から該プレートを隔てるために、該プレートの中央付近に０．０２０インチの厚さの４個の凸部を有している。
図５は、本発明に係るガス分配プレートであり、直径０．０２５インチの３１個の穴を有する。この穴のパターンは、１つの中央の穴、直径２インチの４個の穴、直径４インチの６個の穴、直径６インチの８個の穴、及び直径８インチの１２個の穴を含む。このプレートは、更に、第６図に示すように、厚い外周端を有する。更に、上部に配置される窓に対向する面は、長方形の溝のパターンを有し、これによって処理ガスが第５図に示すガス排出口に分配される。第７図では、６個の放射状に延びた溝が設けられており、該溝は、夫々０．０１５インチの深さと０．３５インチの幅を持っている。
アンテナによって生成される電界がガス分配プレートの穴の中でプラズマを発生させるために十分な強度がある場合には、アンテナは、ガス分配プレートの排出口のいずれをも覆い隠さないような位置に配置されることが好ましい。例えば、アンテナが多数回巻かれたコイル（multi-turn）を有し、ガス分配プレートが、中央の穴と、該中央の穴から夫々固定した半径の所の位置に１つ以上の円を形成するように配置された様々な穴とを有する場合は、このアンテナは、これらの円を通る全ての巻き部（turn）がそれらの円の上に配置された隣接する一対の穴の間に配置されることが好ましい。このようなアンテナの配置は、アンテナに対して最も近い位置に配置された穴の中のプラズマの打撃を最小にし得る。
本発明に係る窒化シリコンのガス分配プレートは、酸化物エッチング及び酸素クリーニングの際に処理されるウェハの上のパーティクル数を劇的に低減する。例えば、この窒化シリコンのガス分配プレートは、ＴＣＰ^TMパワーが６５０Ｗ、底部電極が７５０Ｗ、圧力が１０ｍＴｏｒｒの下で７５０ｓｃｃｍの酸素ガスを１０秒間流すアッシング処理においてもパーティクル汚染を低減する。アルミナガスの分配プレートと比較すると、アルミナガスの分配プレートは、エッチングや酸素クリーニング処理に攻撃を受け、ウェハ上にアルミナのパーティクルを落下させる。一方、窒化シリコンのガス分配プレートでは、汚染に関する性能が改良される。それは、エッチングや酸素クリーニング処理の際に、窒化シリコン材料が攻撃を受けて生成される二次生産物（bi-products）は揮発性であるため、ウェハ上のパーティクルを増加させないからである。
窒化シリコンのガス分配プレートは、種々の方法によって形成することができる。例えば、窒化シリコンは、アルファ・シリコン・ナイトライド（alpha silicon nitride）を高い割合で含む粉末を用いて、１５００℃以上の温度で加熱プレスすることによって得られる。このような高い温度でのプレスの際に、アルファ相は、ベータ変態（beta-modification）に変態（transform）する。その変態（transformation）と高密度化（densification）は、圧力、温度、原料粉末のアルファ／ベータ相の割合に依存する。窒化シリコンへの典型的な添加物としては、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＺｒＯ₂、及びＡｌ₂Ｏ₃、並びに他の可能な希土類酸化物である。加熱プレスは、加熱静水圧プレス又はガス圧焼結のような方法で実施することができる。加熱静水圧プレスによる窒化シリコンと比べると、加熱静水圧プレスされた材料は、緻密な等軸構造（equiaxed structure）を持っているのに対して、ガス圧縮焼結された材料は、高いアスペクト比のグレインを有する粗い構造を持っている。ガス圧焼結は、２ＭＰａにまで及ぶ窒素ガス圧を用いて実施される。ここで、窒素ガスが窒化シリコンの熱変成を抑制し、高密度化のための高い焼結温度の使用を可能にする。加圧プレスされた窒化シリコンは、１５から３０ＭＰａの圧力の印加の下で、１６５０〜１８５０℃の範囲の温度に誘導によって加熱した黒鉛ダイス（graphite dies）の中で、１から４時間熱と等軸の圧力を印加することにより形成することができる。その他の技術としては、０．１ＭＰａの窒素雰囲気の下、１７００〜１８００℃で窒化シリコンの成形組成物を焼成する方法がある。更に他の技術としては、ＭｇＯやＹ₂Ｏ₃のような添加物を成形に先立ってシリコンに加えて、次いでニトロ化し、窒素雰囲気の下で１８００〜２０００℃の範囲で焼結する方法がある。本発明に係る窒化シリコンのガス分配プレートを作成する他の方法も、当業者には明らかであろう。
以上は、本発明の要旨、好適な実施の形態及び実施のモードの説明である。しかしながら、本発明は、これらの記述範囲に限定されて構成されるものではない。従って、上記の実施の形態は、単なる具体例であって本発明を限定するものではなく、特許請求の範囲で定義された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、当業者が上記の実施の形態を変形し得ることを理解されたい。

Claims

基板を処理すると共に該基板のパーティクル汚染を低減する方法であって、
（ａ）基板の近くに露出し、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材を含む処理チャンバー内の基板ホルダー上に基板を載置する工程と、
（ｂ）処理チャンバーに処理ガスを供給し、該処理チャンバー内で処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にすることによって前記基板を処理する工程と、
（ｃ）前記処理チャンバーから前記基板を取り出す工程と、
（ｄ）前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、処理の際の基板のパーティクル汚染を最少にしながら、前記処理チャンバーの中で（ａ）〜（ｃ）工程を繰り返すことによって連続的に他の基板を処理する工程とを含み、
前記処理チャンバーは、実質的に平板的なアンテナを備え、前記アンテナは、ＲＦパワーが供給されることにより前記処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にし、前記処理ガスは、１つ又はそれ以上のハイドロフルオロカーボンガスを含むことを特徴とする方法。
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、ガス分配プレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記プラズマは、高密度プラズマを含み、前記基板は、該基板にＲＦバイアスを供給しながら前記高密度プラズマで該基板上の酸化物層をエッチングする処理が施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記処理チャンバーの側壁を構成するライナー、前記処理ガスを前記処理チャンバーに供給するガス分配プレート、又は、前記基板を取り囲むフォーカス・リングを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記処理チャンバーは、誘電体の窓を備え、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、第１及び第２の対向した面、前記第１の面を通って延びるガス排出口及び前記第２の面内の複数のガス分配チャネルを含み、前記第２の面は、前記誘電体の窓と接触しており、前記ガス分配チャンネルは、前記ガス排出口に前記処理ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材が、実質的に、加熱プレス及び焼結されたＳｉ₃Ｎ₄からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
プラズマ処理チャンバーであって、
前記処理チャンバーの内部で基板を支持するための基板ホルダーと、
前記基板の近くに露出し、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材と、
前記処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するガス供給部と、
誘電体の窓と、
前記窓の近くに実質的に平板的なアンテナの形状を有するＲＦエネルギー源と、
を備え、
前記アンテナは、前記基板を処理するために、前記処理チャンバーの内部に前記窓を通してＲＦパワーを供給し、前記処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態とし、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、ガス分配プレートを含み、前記誘電体の窓は、前記ガス分配プレートの近くに位置し、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、前記プラズマによる前記基板の処理の際の前記基板のパーティクル汚染を最少にすることを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
プラズマ処理チャンバーであって、
前記処理チャンバーの内部で基板を支持するための基板ホルダーと、
前記基板の近くに露出し、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材と、
前記処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するガス供給部と、
誘電体の窓と、
前記窓の近くに実質的に平板的なアンテナの形状を有するＲＦエネルギー源と、
を備え、
前記アンテナは、前記基板を処理するために、前記処理チャンバーの内部に前記窓を通してＲＦパワーを供給し、前記処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態とし、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記処理ガスを前記処理チャンバーの内部に供給するガス排出口を有するガス分配プレートを含み、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、前記プラズマによる前記基板の処理の際の前記基板のパーティクル汚染を最少にすることを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
プラズマ処理チャンバーであって、
前記処理チャンバーの内部で基板を支持するための基板ホルダーと、
前記基板の近くに露出し、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材と、
前記処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するガス供給部と、
誘電体の窓と、
前記窓の近くに実質的に平板的なアンテナの形状を有するＲＦエネルギー源と、
を備え、
前記アンテナは、前記基板を処理するために、前記処理チャンバーの内部に前記窓を通してＲＦパワーを供給し、前記処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態とし、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、実質的に均一な厚みと実質的に平板状の形状を有するガス分配プレートを含み、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、前記プラズマによる前記基板の処理の際の前記基板のパーティクル汚染を最少にすることを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
プラズマ処理チャンバーであって、
前記処理チャンバーの内部で基板を支持するための基板ホルダーと、
前記基板の近くに露出し、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材と、
前記処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するガス供給部と、
誘電体の窓と、
前記窓の近くに実質的に平板的なアンテナの形状を有するＲＦエネルギー源と、
を備え、
前記アンテナは、前記基板を処理するために、前記処理チャンバーの内部に前記窓を通してＲＦパワーを供給し、前記処理ガスにエネルギーを与えてプラズマ状態とし、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、一方の側に、放射状に延びた複数のチャネルを有し、その反対側に、複数のガス排出口を有するガス分配プレートを含み、前記チャネルは、前記ガス排出口に前記処理ガスを供給し、
前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成された面を有する部材のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、前記プラズマによる前記基板の処理の際の前記基板のパーティクル汚染を最少にすることを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
プラズマ処理チャンバーに適用されるガス分配プレートであって、前記プラズマ処理チャンバーは、誘電体の窓と、前記窓の外のＲＦアンテナと、前記ＲＦアンテナによって処理チャンバーの内部でエネルギーを与えられてプラズマ状態にされる処理ガスを供給するためのガス供給部と、処理チャンバーの内部で基板を支持するための基板ホルダーとを備え、前記ガス分配プレートは、
前記誘電体の窓に対向する第１の面と、基板に対向する第２の面を備え、前記第２の面は、前記処理チャンバーの内部に処理ガスを供給するためのガス排出口を含み、
前記ガス分配プレートは、窒化シリコンをベースとする材料を含んで構成され、前記窒化シリコンをベースとする材料の上に無欠のパッシベイティング層を形成すること、又は、前記窒化シリコンをベースとする材料のプラズマによって攻撃される部分からパーティクルを発生させずに該部分を揮発させることによって、基板の処理の際の該基板のパーティクル汚染を最少にするために効果的であることを特徴とするガス分配プレート。
前記窒化シリコンをベースとする材料は、少なくとも９５ｗｔ％の窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１１に記載のガス分配プレート。
実質的に均一な厚みと実質的に平板的な形状を有することを特徴とする請求項１１に記載のガス分配プレート。
前記第１の面の上に、半径方向に延びる複数のチャネルを備え、前記チャネルは、前記ガス排出口に処理ガスを供給することを特徴とする請求項１１に記載のガス分配プレート。
全体が実質的に加熱プレス及び焼結されたＳｉ₃Ｎ₄からなることを特徴とする請求項１１に記載のガス分配プレート。