JP4980890B2 - シャワーヘッド電極アセンブリ、真空室及びプラズマエッチングの制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シャワーヘッド電極アセンブリ、真空室及びプラズマエッチングの制御方法に関する。
エッチング、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、イオン注入、及び、灰化又はレジスト除去を含めた技法によって基板を処理するために、プラズマ処理機器が使用される。近年、フィーチャサイズの縮小及び新しい材料の実装により、プラズマ処理機器においてプラズマ処理の条件を制御するための改善が必要とされている。
米国特許第６１９４３２２ Ｂ１号
米国特許第６０７３５７７号
米国特許出願第１０／６４５，６６５号
米国特許第６６０２３８１ Ｂ１号
米国特許第５５３４７５１号
米国特許第６３９１７８７号
米国特許第６５０８９１３号
米国特許出願第１０／６２３，５４０号
シャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極と熱接触するヒータとを含むプラズマ処理機器が提供され、ヒータは、シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を閾値温度より高く加熱するように動作可能である。さらに、シャワーヘッド電極の温度を制御するために、又は、ヒータと協働してシャワーヘッド電極内で予め定められた温度を維持するために、その機器内に天板が提供されてもよい。
一実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリが、真空室の内部に装着されるように構成されるシャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極に取り付けられる高周波（ＲＦ）分配部材であって、軸方向に延びて真空室の温度制御された上部壁内の開口に入るように構成される第１の部分、及び、シャワーヘッド電極を覆って横方向に延びる第２の部分を含み、ＲＦ経路及び熱経路を提供する高周波分配部材と、ＲＦ分配部材に取り付けられ、真空室の上部壁とＲＦ分配部材の第２の部分との間の熱経路をシャワーヘッド電極に提供するように構成される熱経路部材とを含む。別の実施形態では、ＲＦ分配部材は、シャワーヘッド電極にプロセスガスを供給する少なくとも１つのガス通路を含むこともできる。
別の実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリが、真空室の内部に装着されるように構成されるシャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極に取り付けられるガス分配部材と、ガス分配部材に取り付けられる熱経路部材と、熱経路部材に取り付けられるヒータとを含み、ヒータは、ガス分配部材及び熱経路部材を介してシャワーヘッド電極に熱を伝達する。別の実施形態では、ガス分配部材は、ＲＦ電力をシャワーヘッド電極に分配する導電性材料とすることができる。
また、プラズマエッチングを制御する方法も提供され、この方法は、プラズマエッチング室内のヒータに電力を印加するステップと、ヒータからシャワーヘッド電極に熱を伝導することによって、プラズマエッチング室内のシャワーヘッド電極の少なくとも一部分を予め定められた温度に加熱するステップと、シャワーヘッド電極を介してプラズマエッチング室にプロセスガスを供給するステップと、シャワーヘッド電極にＲＦ電力を印加し、プロセスガスをプラズマ状態に励起することによって、プラズマエッチング室内の半導体基板をエッチングするステップとを含み、ヒータに印加された電力及びシャワーヘッド電極に印加された電力が、熱経路部材によって互いに電気的に分離される。
プラズマ処理結果を変えるためには、プラズマ化学作用、イオンエネルギー、イオン密度、イオン分布、電子温度等のプラズマパラメータを介した制御が望ましい。また、これらのプラズマパラメータ制御に加えて、プラズマを閉じ込めるプラズマ室内の表面の温度を使用して、プラズマ化学作用、したがってウエハ等の半導体基板上のプラズマ処理結果を制御してもよい。
（酸化物エッチング等の）プラズマエッチングプロセスで使用されるシャワーヘッド電極の温度は、広範囲に変わり得る。単一ウエハプラズマエッチング室内で一連のウエハをエッチングするとき、高周波（ＲＦ）電力が加えられるシャワーヘッド電極の様々な部分の温度が、時間の経過により変化し、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極によって生成される熱により、シャワーヘッド電極の中央部分が、縁部よりも加熱され得ることが観測されている。例えば、シャワーヘッド電極の中心と縁部の温度差は、約１００℃以上にもなり得る。この温度変化は、電極がより高い電力レベル（例えば、３，０００〜６，０００ワット）で動作するときにより顕著であり、プラズマエッチングの不均一を招くおそれがある。したがって、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極の温度変化を減らすことで、生産操業中に、ウエハのより均一なプラズマエッチングを提供することができる。さらに、生産操業中にＲＦ電力が加えられる電極の最小温度を維持することで、フォトレジスト選択性を向上させることもできる。
使用中に発生する熱による、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極の温度変動に照らして、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極の中心及び縁部を、所望の温度範囲内に、例えば、中心から縁部まで５０℃未満、好ましくは２５℃未満の温度変化に維持するために、ヒータが設けられる。室の上部壁（天板）等の温度制御部材からの冷却と協働して、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極を加熱することにより、プラズマ処理機器の動作中、ＲＦ電力が加えられるシャワーヘッド電極内に望ましい温度分布を提供してもよい。好ましい一実施形態によれば、シャワーヘッド電極の中心部分と縁部の温度差を、酸化シリコン等の誘電材料中における高アスペクト比の開口に対するプラズマエッチングといったプラズマ処理の均一性を向上させるのに効果的な範囲内に、維持することができる。
好ましい一実施形態では、プラズマ処理機器は、ヒータ、温度制御ヒートシンク及びシャワーヘッド電極を含んでおり、シャワーヘッド電極はＲＦ電力が加えられる。この実施形態のプラズマ処理機器では、シャワーヘッド電極を能動加熱及び能動冷却することによって、シャワーヘッド電極の温度を制御することが可能になる。
図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理機器１００の断面図を示しており、ヒータ及び上部シャワーヘッド電極温度制御システムを含んでいる。図１では、プラズマ処理機器１００は、真空室１５０内のヒータ７００及び温度制御装置９００を備える。
図１に示されているように、プラズマエッチング室等の真空室１５０は、その中に上部シャワーヘッド電極２００及び基板支持体３００を含んでおり、上部シャワーヘッド電極２００と基板支持体３００は、基板がその中で処理されるギャップ４００によって分離される。上部シャワーヘッド電極２００は、基板の露出表面上に反応ガスを供給するための、穴のあいた又は多孔質の平坦又は非平坦な表面を含む。上部シャワーヘッド電極２００の上に、ＲＦ分配部材（ガス分配部材）５００が設けられ、ガス分配部材５００は、真空室１５０の外部のガス供給装置５５０から上部シャワーヘッド電極２００に、プロセスガスを供給する。ガス分配部材５００は、導電性でもあり、真空室１５０の外部のＲＦ電力供給装置５７０から上部シャワーヘッド電極２００に、ＲＦ電力を分配する。
また、図１に示されているように、ガス分配部材５００の水平に延びる部分の上にヒータ７００が配置され、ヒータ７００は、ガス分配部材５００及び熱伝導性絶縁体６００を介して上部シャワーヘッド電極２００に熱を供給し、絶縁体６００は、ヒータ７００とガス分配部材５００の間に設けられる。絶縁体６００は、熱伝導性の電気絶縁体であり、ガス分配部材５００からヒータ７００を電気的に絶縁するように機能するとともに、ヒータ７００からの熱をガス分配部材５００に伝導することを可能にする。したがって、ガス分配部材５００を介して伝達されるＲＦ電力は、ヒータ７００に供給される電力から電気的に分離され、一方、それでもなお、ヒータ７００と上部シャワーヘッド電極２００の間の熱伝導が可能になる。
上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御するために、上部シャワーヘッド電極２００の温度（Ｔ）を測定するための少なくとも１つの温度センサ９５０等、任意の適切な温度モニタリング装置を使用する温度制御装置９００が設けられる。温度センサ９５０は、上部シャワーヘッド電極２００の裏面のごく近傍に配置された光ファイバ温度検出素子を含むことができ、あるいは、温度センサ９５０を、上部シャワーヘッド電極２００に熱的に接続することもできる。例えば、図１に示されているように、温度センサ９５０は、上部シャワーヘッド電極２００の縁部の近傍に配置される。温度制御装置９００を使用して、温度センサ９５０によって提供される上部シャワーヘッド電極２００の温度Ｔを表すデータ／信号に基づいて、上部シャワーヘッド電極２００の温度を予め定められた温度（Ｔｐ）まで上げる必要があるかどうかを判定することができる。ＴがＴｐ未満の場合、温度制御装置９００は、ヒータ７００に電力を供給する電力供給装置２５０をアクティブにさせるように動作可能であり、それによりヒータ７００の温度が上がり、その結果、上部シャワーヘッド電極２００の温度が上がる。
ヒータ７００は、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）電力供給装置２５０によって電力を供給してよく、交流又は直流電力供給装置２５０は、前述のように、温度制御装置９００によって制御される。
また、図１に示されているように、ヒータ７００は、室の真空密閉上部壁を形成する温度制御天板８００によって支持される。天板８００は、電気的に接地され、流体制御装置８５０を備えることができる。この流体制御装置は、やはり温度制御装置９００によって制御され、天板８００を通って流れる流体を冷却するための温度冷却器を含むことができる。あるいは、天板８００を、流体制御装置８５０を使用せずに、連続又は不連続な方式で冷却することもできる。例えば、流体制御装置８５０を使用せずに、水を天板８００を通して連続的に流してもよい。
温度制御装置９００を使用する場合、天板の温度を、所望されるように調整することができる。例えば、ＴがＴｐより大きい場合、温度制御装置９００は、流体制御装置８５０に、冷却液を天板８００を通して流させて、ヒータ７００を冷却することができ、このヒータはその場合、上部シャワーヘッド電極２００用のヒートシンクとして働き、したがって以下で論じるように、上部シャワーヘッド電極２００を冷却する。しかし、天板８００を通過する流体は、連続的に循環させることができ、流体の温度を適宜、上昇又は下降させ、及び／又は温度制御装置９００からの命令に基づいて、流体の流量を、増加又は減少させることができる。
さらに、図１に示されているように、上部電気絶縁体６３０を使用して、天板８００をガス分配部材５００から電気的に絶縁する。また、上部シャワーヘッド電極２００及びガス分配部材５００を囲む側部電気絶縁体６２０、６４０を使用して、上部シャワーヘッド電極２００をヒータ７００から電気的に絶縁する。
基板支持体３００は、下部電極と、機器１００内の上部シャワーヘッド電極２００とは反対側にある、その上部表面上の任意選択の静電チャック（ＥＳＣ）とを含む。したがって、プラズマ処理される基板は、基板支持体３００の上部表面上に機械的又は静電気的にクランプして支持してもよいし、そうせずに支持してもよい。
第２の実施形態では、機器１００は、ヒータ７００なしでガス分配部材５００を組み込むことができ、ガス分配部材５００を、機器１００内でプラズマエッチング室の他の部分からＲＦ絶縁することができる。この実施形態では、ガス分配部材５００は、ＲＦがガス分配部材５００を貫通することが可能なように、絶縁体６００及び／又は所望のその他の絶縁部材を使用して、ＲＦ絶縁することができる。
また、第２の実施形態では、ガス分配部材５００が、プレート５０５及び軸方向に延びる部材５０８を含み、軸方向に延びる部材５０８は、ＲＦ電力供給装置５７０に電気的に接続されたケーブルを受け入れるためのＲＦ接続部を含む。したがって、部材５０８を使用して、ＲＦ電力供給装置５７０からプレート５０５に、次いでプレート５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間の接点を介して上部シャワーヘッド電極２００へと、ＲＦ電力を分配する。例えば、プレート５０５は、上部シャワーヘッド電極２００の裏面と接触する複数の環状突起を含むことができる。
軸方向に延びる部材５０８はさらに、ガス供給装置５５０からのプロセスガスを、プレート５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間の１つ又は複数のプレナムに分配するように機能する。したがって、ＲＦ電力とプロセスガスとはどちらも、ガス分配部材５００を介して上部シャワーヘッド電極２００に供給される。ガス分配部材５００を介してＲＦ電力を供給することにより、上部シャワーヘッド電極２００上にＲＦ電力をより一様に供給し、したがって、上部シャワーヘッド電極２００の露出面にわたる中心から縁部までの温度変化を、低減させることができる。また、部材５００を介してプロセスガスを供給することにより、プロセスガスを、室内の１つ又は複数のゾーンに所望の流量で配給することが可能になる。
図３では、第３の好ましい実施形態の機器１００を動作させる好ましい方法が、示されている。図３に示されているように、この方法はまず、ウエハを支持体３００上に挿入する、ステップ１１００から始まる。次に、ステップ１２００で、上部シャワーヘッド電極２００内の温度センサ９５０が、上部シャワーヘッド電極２００の温度を測定する。
次に、ステップ１３００で、温度制御装置９００が、測定された温度（Ｔ）を予め定められた温度範囲（Ｔｐ）と比較する。予め定められた温度範囲は、上部シャワーヘッド電極２００にとっての望ましい温度に対応する。ＴがＴｐ未満の場合、ステップ１３２０で、上部シャワーヘッド電極２００を予め定められた量だけ加熱するために、ヒータに電力が供給され、次いで、ヒータ７００に供給される電力の量が適切かどうかを判定するために、ステップ１２００が繰り返される。ＴがＴｐより大きい場合、ステップ１３４０で、天板を介して冷却液を流し、天板８００を介して流れる冷却液の量が適切かどうかを判定するために、ステップ１２００が繰り返される。ＴがＴｐとほぼ同じである場合、ステップ１４００で、ウエハが処理され、ステップ１５００で、それが取り出され、その後、ステップ１６００で、他のウエハを処理すべきかどうかが判定される。他のウエハが処理されない場合、ステップ１７００で、このプロセスは終了するが、別のウエハが処理される場合、このプロセスは繰り返され、ステップ１１００で、ウエハが挿入される。
温度制御装置は、スタンドアロンコンピュータや内部論理回路スイッチ等、どんなタイプの情報プロセッサとすることができることに留意されたい。
また、供給される電力及び冷却液の量は、プロセス及び動作条件に応じて、望むように変化させることができることにも留意されたい。例えば、ＴがＴｐよりはるかに小さい場合、ステップ１３２０で、ＴがＴｐよりわずかに小さい場合よりも大きい電力を、ヒータ７００に供給することができる。
第３の実施形態が、図４に示されている。図４では、第１の実施形態の構成要素に加えて、上部シャワーヘッド電極２００が、（電極２００に接合された黒鉛プレートエラストマー等の）バッキング部材２２０とともに示されており、バッキング部材２２０にガス分配部材５００が取り付けられている（例えば、ボルト又はその他の留め具で、部材２２０に部材５００を固定することができる）。例えば、電極２００の構造支持体を強化するために、バッキング部材２２０を設けてもよく、それを、以下で論じる接触ボルト２２５を用いて、ガス分配部材５００に取り付けることができる。さらに、前述の上部及び側部電気絶縁体６３０、６４０に加えて、軸方向に延びる部材５０８の外側部領域並びにヒータ７００及び天板８００の内側部領域上に、電気絶縁性の２次絶縁体６５０も設けられる。
第３の実施形態では、バッキング部材２２０は好ましくは、エラストマー接合によって、上部シャワーヘッド電極２００の裏面に取り付けられる（例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，１９４，３２２ Ｂ１号及び第６，０７３，５７７号を参照のこと。これらを、ここに参照によりその全体を組み込む）。部材２２０は、ガスの流れをギャップ４００に供給するための、上部シャワーヘッド電極２００内のガス通路２０６と整合させたガス通路２２６を含む。天板８００は、機器１００の取外し可能な真空密閉上部壁を形成し、ヒータ７００と協働して上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御するヒートシンクとして機能する。
バッキング部材２２０は好ましくは、プラズマ処理室内の半導体基板を処理するのに使用されるプロセスガスと化学的に適合する材料で作製され、電極材料の熱膨張係数とよく整合する熱膨張係数を有し、かつ／又は、導電性かつ熱伝導性である。バッキング部材２２０を作るのに使用することのできる好ましい材料には、それだけには限らないが、黒鉛及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が含まれる。
第３の実施形態はまた、電極２００を囲む接地電極２５０も特徴として備える。この外部電極部材２５０は、３００ｍｍウエハなど、より大きなウエハの処理に有用であり、また外部電極部材２５０は、絶縁体６００及び側部電気絶縁体６４０に隣接する外部電極部材２５０上に配置された、バッキングリング２６０及び電気的に接地されたリング２７０も備える。この電極構成のさらなる詳細については、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／６４５，６６５号中に見いだすことができる。その主題を、ここに参照により組み込む。望むなら、室は、ギャップ４００を囲むプラズマ閉込め構成を含むことができ、その詳細については、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，６０２，３８１ Ｂ１号及び米国特許第５，５３４，７５１号中に見いだすことができる。それらを、ここに参照により本明細書にその全体を組み込む。
さらに、図４の拡大部分である図５に示されているように、バッキング部材２２０とガス分配部材５００との間の接点５２０が、ガス分配部材５００から上部シャワーヘッド電極２００及びバッキング部材２２０に向いた突起として図示されている。接点５２０は、図５の断面図中で、ガス分配部材５００から突き出る同心円状リングとして示されている。しかし、接点５２０は、連続又は不連続のリング、間隔を空けた個々の点、あるいはＲＦ電力を伝送し、それを貫通して熱を伝導することができる、他のどんな形状の部材でもよい。連続接点リングを使用した場合、それらのリングとシャワーヘッド電極の裏面との間に形成されるプレナム間でのガスの連絡を可能にするために、それらのリング内にチャネルを設けることができる。他方、相互連絡が望ましくない場合はそうしたチャネルを省略してもよく、したがって、接点リングの片側のガスが、リングの他の側のガスから分離されるものとする。例えば、図４に示されているように、ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００との間に、３つの同心円状リングが設けられる。
ガス分配部材５００の各接点５２０は、望ましいＲＦ及び熱伝導度の量に応じた接触面積、並びにガス分配部材５００から上部シャワーヘッド電極２００にガスを供給するのに望ましい面積を有することができる。例えば、図５に示されているように、接点５２０によってＲＦ及び熱伝導性が得られながら、ガス分配部材５００とバッキング部材２２０との間のプレナムによって、それらの間をガスが通過することが可能になる。
好ましくは、ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００との間の接点５２０によって提供される接触面積は、ガス分配部材５００の全表面積の０．１％〜９９．９％程度、例えば、１〜５％、５〜１５％、１５〜３０％、３０〜４５％、４５〜６０％、６０〜７５％、７５〜９０％、又は９０〜９９．９％である。
例示的な一実施形態では、接点５２０が、４つの一体的に形成された連続リングとして設けられ、それぞれは、幅０．５インチである。この実施形態では、外径約１２．２”であるガス分配部材５００上で、第１のリングが内径約２．５”及び外径３”であり、第２のリングが内径約５”及び外径５．５”であり、第３のリングが内径約８”及び外径８．５”であり、第４のリングが内径約１１”及び外径１１．５”であり、その場合、上部シャワーヘッド電極２００は、ガス分配部材５００とほぼ同じ直径である。この実施形態では、接触面積は、ガス分配部材５００の全面積の１５〜２０％である。
さらに、上部シャワーヘッド電極２００は、反応器及び／又はその中で行われるプロセスに応じて、任意の望む寸法又は構成の少数のガス出口又は多くのガス出口を有することもでき、その場合、ギャップ４００は、任意の望む間隔、例えば、１”〜１０”、２”〜５”、又は３”〜６”とすることができる。例えば、ギャップが大きい、例えば、約６ｃｍ以上の場合、上部シャワーヘッド電極２００の中心には少数のガス出口しか設けることができないが、一方、ガス分配部材５００と上部シャワーヘッド電極２００の間には、例えば、約９９％等、９０％超の大きい接触面積がもたらされる。
さらに、接触ボルト２２５も示されており、接触ボルト２２５は、上部シャワーヘッド電極２００及びバッキング部材２２０をガス分配部材５００に固定し、ガス分配部材５００は、バッキング部材２２０及び上部シャワーヘッド電極２００を支持する。例えば、部材５００を貫通する接触ボルト２２５は、部材２２０中のねじ穴に通すことができる。
ヒータ７００、天板８００、温度センサ９５０、電力供給装置及び温度制御装置９００を使用することに加えて、ヒータ７００と天板８００との間の温度伝導度も制御することによって、電極２００の温度をさらに制御することもできる。
例えば、図５に示されているように、ヒータ７００は、サーマルチョーク７５０を形成する突起を含んでもよく、又は機器１００は、好ましくはチョークリングである、ヒータ７００とは別個のサーマルチョーク７５０を含んでもよい。いずれの形態のサーマルチョーク７５０も、熱流に対する抵抗をもたらし、ヒータ７００と天板８００の間の熱伝導を妨げ、その場合、熱流を制御するために、サーマルチョーク７５０のサイズ及び材料を調整することができる。例えば、熱流がより少ないことが望ましい場合は、サーマルチョーク７５０をより狭くすることができ、あるいは、熱伝導性の低い材料で作製することもできる。
好ましくは、サーマルチョーク７５０は、熱伝導性を制御するようにサイズが決められ、サーマルチョーク７５０とヒータ７００との間の接触面積は、ヒータの面積の１％〜１００％、例えば、１〜５％、５〜１５％、１５〜３０％、３０〜４５％、４５〜６０％、６０〜７５％、７５〜９０％、又は９０〜１００％の範囲とすることができる。
例示的な一実施形態では、サーマルチョーク７５０は、それぞれが幅１インチの、３つの個別の連続リングとして設けられる。この実施形態では、内径３”及び外径１６．７”であるヒータ７００上で、第１のリングは、内径３”及び外径４”であり、第２のリングは、内径１０．５”及び外径１１．５”であり、第３のリングは、内径約１５．６”及び外径１６．６”である。この実施形態では、サーマルチョーク７５０とヒータ７００の間の接触面積は、ヒータ７００の全面積の２０〜２５％の範囲である。
サーマルチョーク７５０は、どんな材料で作製することもできるが、好ましくは、ヒータ７００及び／又は天板８００に使用される材料と同じ又はそれより低い熱伝導性の材料で作製される。例えば、サーマルチョーク７５０は、アルミニウム又はステンレススチール製とすることができるが、ヒータ７００及び天板８００がアルミニウム又はアルミニウム合金製である場合、好ましくは、より低い熱伝導性を有するステンレススチールで作製される。
また、天板８００内の大きめの開口（図示せず）を通って延びてよく、サーマルチョーク７５０がヒータ７００と一体になる場合はサーマルチョーク７５０の表面内のねじ開口まで延びてもよい留め具を用いて、天板８００にヒータ７００を取り付けてもよい。サーマルチョーク７５０がヒータ７００とは別々の部分となる場合、先に指摘したようにサーマルチョーク７５０を天板８００に取り付けることができ、サーマルチョーク７５０内の開口を通過する追加のボルトを、ヒータ７００内のねじ開口内へと通すことができる。
取付けボルトが天板の外面でシールされていない場合、サーマルチョーク、ヒータ及びシャワーヘッドアセンブリへの取付け点を、真空密閉区域に制限することができる。例えば、図５に示されているように、そのような真空密閉区域を、Ｏ−リング９５によってヒータ７００と天板８００の間に設けてもよい。Ｏ−リングはまた、様々な構成要素の間に配置することもできる。例えば、天板８００とヒータ７００の間、ヒータ７００と絶縁体６００の間、絶縁体６００とガス分配プレート５００の間、及び／又はヒータ７００と電気的に接地されたリング２７０の間に、Ｏ−リング９５を使用して、真空密閉区域を作成してもよい。
また、前述のように、上部シャワーヘッド電極２００は好ましくは、ＲＦ電力が加えられる。しかし、上部シャワーヘッド電極２００（及び下部電極）は電気的に接地又は電力供給されてもよく、その場合、その電力は好ましくは、高周波（ＲＦ）又は直流（ＤＣ）電力源によって供給される。プラズマ処理では好ましくは、一方の電極が、２つ以上の周波数（例えば、２ＭＨｚ及び２７ＭＨｚ）でＲＦ電力でＲＦ電力供給され、一方、他方の電極は接地される。例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，３９１，７８７号を参照されたい。その全開示をここに参照により組み込む。
第４の実施形態では、上部シャワーヘッド電極の温度は、パターン化されたフォトレジスト（ＰＲ）内の開口内に形成される線条を最小限に抑えるように制御され、フォトレジストは、酸化シリコン等の層において、形状例えば高アスペクト比接触（ＨＡＲＣ）等の形状をエッチングするのに使用される。狭い形状をエッチングする際に起きる１つの問題は、重なっているＰＲの側壁上に線条が発生し得ることである。線条は、垂直に延びる不規則部であり、結果としてＰＲ側壁が粗くなる。ＰＲはエッチングの際にマスクとして使用されるので、そのような不規則部は下層に伝播される。酸化シリコン等、下層における線条により、金属等の材料をエッチングされた形状に満たすことが困難になり、不規則に形成された形状によって、信頼性及び性能の問題がもたらされる恐れがある。これらの理由により、フォトレジストに対して選択性があり、エッチング停止が発生せず、線条の発生を低減させる酸化物エッチングプロセスを提供することが望ましい。
ＰＲのエッチング速度を最小限に抑え、ＰＲの損失及びＰＲ中の線条の度合いを最小限に抑えるために、上部シャワーヘッド電極の温度を高温に維持することができる。例えば、図７に示されるように、上部シャワーヘッド電極２００と組み合わせてヒータ７００を使用して、例えば上部シャワーヘッド電極の温度を約７５℃から約２２５℃に増大することで、ＰＲ上にポリマーが析出し堆積し、すなわち、ＰＲのエッチング速度が約２０Å／分から約マイナス５４０Å／分に低下する。ここで負のエッチング速度は、ＰＲ上におけるポリマーの析出及び堆積に対応する。
図８でさらにこれを説明する。図８には、例えば上部シャワーヘッド電極温度の対応するＰＲエッチング速度に対する影響が示されている。図８において、Ｃ４Ｆ６／Ｏ２エッチングガスが、パターン化されたＰＲ内の開口部を介して酸化シリコンの層内に形状をエッチングするために供給され、上部シャワーヘッド電極は２０℃から８０℃の温度範囲にあり、シャワーヘッド温度はその周縁領域において測定される。エッチング速度はシャワーヘッド電極が８０℃のときにマイナス１０００Å／分になることから、ＰＲエッチング速度は、シャワーヘッド電極が２０℃のときの約２５０Å／分から負のエッチング速度（すなわち、ポリマーが堆積）にまで低下することが、図８に示されている。
さらに、図９Ａ〜Ｄは、上部電極温度がエッチング中に発生する線条に及ぼす影響（図９Ａでは７０℃、図９Ｂでは９０℃、図９Ｃでは１０５℃、及び図９Ｄでは１３０℃）の例を示す顕微鏡写真である。７０℃というもっとも低い温度の例である図９Ａを、９０℃という２番目に低い温度の例である図９Ｂと比較すると、より高いシャワーヘッド電極温度において、ＰＲ中の開口部周辺周りの線条が低減されている。このことは、図９Ｃ及び図９Ｄでさらに示されている。図９Ｃ及び図９Ｄは、それぞれ１０５℃及び１３０℃まで徐々に温度を上げ続けたものであり、やはり、増大した上部シャワーヘッド電極温度によって、ＰＲ中の開口部周辺周りの線条が低減されることを示している。
したがって、高温にされた上部シャワーヘッド電極によって、プラズマエッチング時のＰＲ中に形成される線条を低減することができる。
Ａ．ヒータ
ヒータ７００には、どんなタイプの能動ヒータも含まれ得る。ヒータ７００は少なくとも１つの抵抗加熱素子を有する金属板を備えることが好ましく、抵抗加熱素子は、板を加熱して、上部シャワーヘッド電極２００を均一に加熱する。いかなるヒータ構成を使用し得るが、熱伝導板と組み合わせた抵抗加熱素子が好ましく、板は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は同様のもの等の金属材料で作られることが好ましく、金属材料は上部シャワーヘッド電極２００と親和性がある形状に機械加工されることが好ましい。例えば、ヒータ７００は、鋳造アルミニウム合金の板の中に、少なくとも１つの抵抗加熱素子を備えることができる。
ヒータ７００には、どんなタイプの能動ヒータも含まれ得る。ヒータ７００は少なくとも１つの抵抗加熱素子を有する金属板を備えることが好ましく、抵抗加熱素子は、板を加熱して、上部シャワーヘッド電極２００を均一に加熱する。いかなるヒータ構成を使用し得るが、熱伝導板と組み合わせた抵抗加熱素子が好ましく、板は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は同様のもの等の金属材料で作られることが好ましく、金属材料は上部シャワーヘッド電極２００と親和性がある形状に機械加工されることが好ましい。例えば、ヒータ７００は、鋳造アルミニウム合金の板の中に、少なくとも１つの抵抗加熱素子を備えることができる。
好ましい一実施形態によれば、温度制御装置９００が電力供給装置２５０を操作してヒータ７００に電力を供給するとき、ヒータ７００は熱を供給し、温度制御装置は、電力供給装置２５０を制御することによって、ヒータサイクル時間及び加熱状態を変化させることができる。例えば、ヒータ７００に１０秒または１２秒のパルスサイクルで約７０００ワットまでの電力を加えて、例えば８０℃から２００℃、例えば１００℃から１２０℃、１２０℃から１４０℃、１４０℃から１６０℃、又は１６０℃から１８０℃の閾値温度を、上部シャワーヘッド電極２００全体にわたって維持することができる。
ヒータ７００は、予め定められた熱インタフェース特性を有する天板８００と熱接触状態にあることが好ましい（すなわち、ヒータは間接的に天板に接触する、又は、１つまたは複数の熱伝導性材料を、ヒータと天板の間に挿入することができる）。これらの熱インタフェース特性により、ヒータ７００は、天板８００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００内の温度を制御することができるようになる。ヒータを熱的な経路の一部分として使用して、必要に応じて上部シャワーヘッド電極２００から熱を逃がしてもよく、次にヒータ７００を天板８００によって冷却することができることに留意されたい。天板８００にヒータ７００を支持させるために、室の外側から天板８００内の開口部（図示せず）を通って延びる留め具を用いて、ヒータ７００を天板８００に取り付けてもよい。
基板のプラズマ処理中、すなわち、プラズマが上部シャワーヘッド電極２００と下部電極の間で生成されているとき、ヒータ７００をアクティブにしてもよい。例えば、相対的に低レベルの印加電力を利用してプラズマを生成するプラズマ処理操作中に、ヒータ７００をアクティブにして、上部シャワーヘッド電極２００の温度を所望の温度範囲内に維持してもよい。誘電体材料エッチングプロセス等、相対的に高レベルの電力を利用する他のプラズマ処理操作中において、上部シャワーヘッド電極２００の温度は、連続した運転の間で十分に高いままでもよく、その結果、上部シャワーヘッド電極２００が下限温度又は閾値温度を下回って落ちることを防止するために、ヒータ７００をアクティブにする必要はない。
プラズマ処理装置内のＲＦ電力が加えられた上部シャワーヘッド電極２００によって生成された熱により、上部シャワーヘッド電極２００の温度がヒータを使用することなく変化することができるようにしてもよい。好ましいプラズマ処理装置内でヒータ７００と天板８００との組合せによって、例えば、８０℃以上、１００℃以上、又は約１５０℃以上という、プラズマ処理要件及び上部シャワーヘッド電極２００によって生成される熱量に依存する予め定められた温度を超えた上部シャワーヘッド電極２００の閾値温度を維持してもよい。ヒータ７００と天板８００との組合せにより、生産運転の初めのウエハの処理全体を通して上部シャワーヘッド電極２００の閾値温度を達成し維持すること、又は、一群のウエハが室において１枚ずつ処理される生産運転中に処理される各ウエハに対して、シャワーヘッド電極の閾値温度を維持することが好ましい。
熱膨張の差によるヒータ７００と天板８００との間の対向する表面の摩損を最小限に抑えるために、ヒータ７００と天板８００との対向する表面の間に潤滑材料７６０を供給することができる。あるいは、サーマルチョーク７５０とヒータ７００との対向する表面の間、及び、サーマルチョーク７５０と天板８００との対向する表面の間に、潤滑材料を供給することができる。例えば、図５に示されるように、ヒータ７００の上面と天板８００の下面との間に、潤滑材料７６０の層を配置することができる。潤滑材料の位置は、Ｏーリングシールで画定された真空封止の雰囲気側にあることが好ましい。
対向する表面間の動きに起因する摩損を最小限に抑えるために、潤滑材料７６０の接触抵抗は低レベルにあることが好ましい。さらに、潤滑材料７６０は、ヒータ７００から天板８００及び／又はサーマルチョーク７５０への十分な熱伝達を実現するために十分な熱伝導性を有することが好ましい。潤滑材料７６０は、ヒータ７００と絶縁体６００との対向する表面間、及び／又はガス分配板５００と上部シャワーヘッド電極２００との間等、他の構成部品の表面上にも使用できることに留意されたい。
これらの特性を提供する好ましい材料は、オハイオ州クリーブランドのＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から市販されている「グラフォイル（ＧＲＡＦＯＩＬ）」等の黒鉛材料である。潤滑材料７６０は、好ましくは約０．０１インチから約０．０６インチ、より好ましくは約０．０３インチの厚さを有するガスケットであることが好ましい。潤滑材料７６０は、例えばヒータ７００とサーマルチョーク７５０との間、及び／又はサーマルチョーク７５０と天板８００との間等、構成部品の表面に形成された環状のくぼみ中に保持されるリング形状のガスケットであることが好ましい。
ヒータ７００は、金属製の加熱素子、又は、高分子材料の対向する層の間に配置された抵抗加熱材料による積層板であることが好ましい加熱素子を備える。例えば、金属製の加熱素子は、鋳物金属ヒータのケース内の加熱素子、又は、ヒータ内に形成されたチャネル内に配置された加熱素子でよい。あるいは、積層板加熱素子が使用される場合、積層板は、ヒータ７００によって２００℃にまで達する動作温度に耐えることができなければならない。積層板加熱素子が使用される場合、積層板加熱素子内の積層材は電気絶縁体の役割を果たすこともあるため、絶縁体６００は任意選択でもよいことに留意されたい。積層板内に使用してもよい例示的な高分子材料は、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（登録商標）との商標で販売されているポリイミドであり、イー．アイ．デュポン社（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている。
ヒータ７００は、上部シャワーヘッド電極２００にわたって熱的に均一に加熱する、いかなる適切なパターンで構成された１つ以上の加熱素子を有してもよい。例えば、ヒータ７００は、ジグザグ、蛇行又は同心パターン等、規則的又は不規則的なパターンの抵抗加熱線を有してもよい。
Ｂ．天板
天板８００は、ヒータ７００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御することが好ましく、天板８００を使用して、ヒータ７００を貫通する熱的な経路を介して、ヒータ７００及び／又は上部シャワーヘッド電極２００を冷却してもよい。天板８００は、どんな熱伝導性材料を使用してもよいが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られることが好ましい。シャワーヘッドアセンブリは、設置されたとき、室の内部の天板８００の下側を覆うことが好ましい。
天板８００は、ヒータ７００と協働して、上部シャワーヘッド電極２００の温度を制御することが好ましく、天板８００を使用して、ヒータ７００を貫通する熱的な経路を介して、ヒータ７００及び／又は上部シャワーヘッド電極２００を冷却してもよい。天板８００は、どんな熱伝導性材料を使用してもよいが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られることが好ましい。シャワーヘッドアセンブリは、設置されたとき、室の内部の天板８００の下側を覆うことが好ましい。
天板８００は、温度制御された流体が循環してもよい、１つ以上の流路を備える。温度制御された流体は、例えば、脱イオン水等の熱伝達流体（液体又はガス）であることが好ましい。さらに、天板８００は、装置１００、ヒータ７００、及び／又は上部シャワーヘッド電極２００に対して、必要に応じて電気的なアース及びヒートシンクの役割を果たすことが好ましい。
Ｃ．温度センサ
装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００の温度を監視するために、熱電対又は光ファイバ装置等、１つ以上の温度センサ９５０を含み得る。好ましい一実施形態では、温度センサ９５０は、温度制御装置９００によって監視され、温度制御装置９００は、電力供給装置２５０からヒータ７００への電力を制御し、かつ／又は、監視温度の機能として、流体制御装置８５０から天板８００を介した流体の流れを制御する。したがって、上部シャワーヘッド電極２００を所定の温度若しくは温度範囲で又はその周辺で、加熱し、冷却し、又は維持するために、温度センサ９５０によって温度制御装置９００に提供されるデータにより、電力供給装置２５０又は流体制御装置８５０は、温度制御装置９００によってアクティブにされ、連続的又は間欠的な態様で、電力又は冷却流体を、それぞれヒータ７００及び／又は天板８００に供給することができるようになる。能動的な加熱及び／又は冷却の結果として、上部シャワーヘッド電極２００の温度は、現在の下限温度又は閾値温度を下回ること、若しくは、現在の上限温度を超えて増大することが防止され、又は、予め定められた温度又はその周辺に保持され得る。
装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００の温度を監視するために、熱電対又は光ファイバ装置等、１つ以上の温度センサ９５０を含み得る。好ましい一実施形態では、温度センサ９５０は、温度制御装置９００によって監視され、温度制御装置９００は、電力供給装置２５０からヒータ７００への電力を制御し、かつ／又は、監視温度の機能として、流体制御装置８５０から天板８００を介した流体の流れを制御する。したがって、上部シャワーヘッド電極２００を所定の温度若しくは温度範囲で又はその周辺で、加熱し、冷却し、又は維持するために、温度センサ９５０によって温度制御装置９００に提供されるデータにより、電力供給装置２５０又は流体制御装置８５０は、温度制御装置９００によってアクティブにされ、連続的又は間欠的な態様で、電力又は冷却流体を、それぞれヒータ７００及び／又は天板８００に供給することができるようになる。能動的な加熱及び／又は冷却の結果として、上部シャワーヘッド電極２００の温度は、現在の下限温度又は閾値温度を下回ること、若しくは、現在の上限温度を超えて増大することが防止され、又は、予め定められた温度又はその周辺に保持され得る。
Ｄ．ガス分配部材
前述の通り、装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００と流体連通し、上部シャワーヘッド電極２００の上に配置されるガス分配部材５００を含み得る。好ましくは、ガス分配部材５００と組み合わせて上部シャワーヘッド電極２００を使用することにより、プロセスガスは、処理中の基板上にある１つ以上のガス分配区画に送り届けられる。さらに、バフルにガスの流れを制御させる必要もなく、ガス分配部材５００を使用して、ガスを上部シャワーヘッド電極２００の裏面に分配することができる。例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，５０８，９１３号を参照されたい。そこには、混合ガスを室の中の各区画に送り届けるための複数のカ゛ス供給装置及びガス供給ラインを備える、半導体基板を処理するためのガス分配システムが開示されており、ここに参考として、その全体を本明細書に援用する。
前述の通り、装置１００は、上部シャワーヘッド電極２００と流体連通し、上部シャワーヘッド電極２００の上に配置されるガス分配部材５００を含み得る。好ましくは、ガス分配部材５００と組み合わせて上部シャワーヘッド電極２００を使用することにより、プロセスガスは、処理中の基板上にある１つ以上のガス分配区画に送り届けられる。さらに、バフルにガスの流れを制御させる必要もなく、ガス分配部材５００を使用して、ガスを上部シャワーヘッド電極２００の裏面に分配することができる。例えば、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，５０８，９１３号を参照されたい。そこには、混合ガスを室の中の各区画に送り届けるための複数のカ゛ス供給装置及びガス供給ラインを備える、半導体基板を処理するためのガス分配システムが開示されており、ここに参考として、その全体を本明細書に援用する。
ガス分配部材５００の好ましい一実施形態が、図１０に示されている。そこでは、ガス分配部材５００は、半径方向に又は横方向に延びる円形金属プレート５０５及び軸方向に延びる円筒形ハブ５０８を含んでおり、そのいずれも好ましくはアルミニウム製であり、接触区域１７０で同軸状に位置あわせされ、したがって、軸方向に延びるハブ５０８に供給されるガスが、金属プレート５０５を通過して、シャワーヘッド電極２００の裏面にある１つ又は複数のプレナムに到達することができる。ハブ５０８及びプレート５０５は、１個の材料から、あるいは接合され又は機械的に結合される複数個の材料から、形成することができる。図４に示されているように、軸方向に延びるハブ５０８及び金属プレート５０５を、１個の材料にすることができる。あるいは、金属プレート５０５は、接着又は機械的な固定で一体化された２枚のオーバーラップする板で構成することができ、例えば、図４に示されるように、金属プレート１０６内の出口を介してプロセスガスを金属プレート１０６と電極２００との間の１つ以上のプレナムに供給するために、別の金属プレート１０６を金属板５０５の下面に取り付けて、両者の間にガスチャネルを有することができる。あるいは、軸方向に延びるハブ５０８及び別個の金属プレート５０５は、図１及び図２に示されるように、ガス分配板５００を備えることができる。
また、図２及び５に示されているように、ガス分配部材５００を使用して、ＲＦ電力供給装置５７０からのＲＦ電力を上部シャワーヘッド電極２００に送達することができ、例えば、ハブ５０８上のＲＦ入力接続部に取り付けられたケーブルを介してＲＦ発生器からのＲＦ電力を供給することができ、したがって、軸方向に延びるハブ５０８、金属プレート５０５を介して、上部シャワーヘッド電極２００全体にわたって、ＲＦ電力を供給することができる。
好ましい一実施形態では、環状の分配管路１５１、管路１５１と流体接続する半径方向に延びるガス流路１６０、及び、流路１６０と流体接続する軸方向に延びるガス出口１１５，１２２，１２５を形成するために、金属プレート５０５は、本体を貫く交差した内腔を備える。例えば、図１０及び図１１を参照されたい。同様に、図１０に示されるように、１つ以上の軸方向に延びるガス供給路１１０，１２０を形成するために、軸方向に延びるハブ５０８はまた、本体を貫いて穴をあけることが好ましい。ガス供給路１１０，１２０、管路１５１、ガス流路１６０及び出口１１５，１２２，１２５を使用して、ガス分配部材５００は、上部シャワーヘッド電極２００の裏面において、１つ以上のプレナムにガスを分配してもよく、図１０に示すように、ガス流路１６０は、管路１５１を介して、軸方向に延びるハブ５０８内の１つ以上のガス供給路１１０，１２０に接続される。したがって、異なるプロセスガスの化学反応及び／又は流量を、処理中の基板にわたって１つ以上の区画に適用することができる。
一実施形態では、バフルを使用することなくガスの流れを分配することができるので、例えば、装置１００は、ガスの流れをガス供給装置５５０から出口１１５，１２２，１２５へと制御するための制御ポイント１２８を含んでもよい。図１０に示されるように、これらの制御ポイント１２８は、制御ポイント１２８を介して流れ、出口１１５，１２２，１２５に至るガスの量を制御することができる締付け板であることが好ましい。
上部シャワーヘッド電極２００の裏面で１つ以上のプレナムにガス流路を介してガスを導くために、ガス分配部材５００は、上部シャワーヘッド電極２００と接触する１つ以上のガス封止又は障壁を備えることが好ましい。例えば、図１０に示されるように、金属プレート５０５の下側と上部シャワーヘッド電極２００の裏面との間のＯーリング障壁１８０を使用して、金属プレート５０５と上部シャワーヘッド電極２００との間にプレナム、例えば中央プレナム１９０及び外方プレナム１９５を確立することができる。
ガス供給装置５５０は、１つ以上の個々のガス又は混合ガスを、シャワーヘッド電極２００の裏面におけるそれぞれのプレナムに供給することができる。例えば、半導体基板の処理中にギャップ４００内で望まれるプロセスガス分配を達成するために、内方及び外方プレナムには、異なる流量の同一プロセスガス及び／又は互いに異なるガス若しくは混合ガスを供給することができる。
Ｅ．絶縁体
装置には、絶縁体６００も含まれ得る。絶縁体６００は、熱伝導性であるが電気的に絶縁性であることが好ましく、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素等のセラミックであることがより好ましい。この絶縁体６００は、上部シャワーヘッド電極２００に加えられるＲＦ電力を、他の電力源、及び、ヒータ７００用等の他の電力源に関連する他の導電部分から絶縁する助けとして有用である。したがって、ヒータのＡＣ又はＤＣ電力と上部シャワーヘッド電極２００のＲＦ電力との間の電気的な干渉が低減された状態で、上部シャワーヘッド電極２００を加熱することができるように、絶縁体６００により、ヒータ７００を電気的に絶縁するが上部シャワーヘッド電極２００と熱的に接触して配置することができる。
装置には、絶縁体６００も含まれ得る。絶縁体６００は、熱伝導性であるが電気的に絶縁性であることが好ましく、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素等のセラミックであることがより好ましい。この絶縁体６００は、上部シャワーヘッド電極２００に加えられるＲＦ電力を、他の電力源、及び、ヒータ７００用等の他の電力源に関連する他の導電部分から絶縁する助けとして有用である。したがって、ヒータのＡＣ又はＤＣ電力と上部シャワーヘッド電極２００のＲＦ電力との間の電気的な干渉が低減された状態で、上部シャワーヘッド電極２００を加熱することができるように、絶縁体６００により、ヒータ７００を電気的に絶縁するが上部シャワーヘッド電極２００と熱的に接触して配置することができる。
絶縁体６００は、ガス分配部材５００とヒータ７００との間の領域を実質上満たす大きさにすることが好ましいが、ガス分配部材５００の外周縁領域を電気的に絶縁する第２の部分６２０を含むような形状にすることもできる。しかし、絶縁体６００は、ヒータ７００、及び、天板８００等の他の導電部品を、上部シャワーヘッド電極２００、及び、ガス分配部材５００等、それに関係する導電性のＲＦ供給経路に加えられるＲＦ電力から電気的に絶縁するような形状にすることが最も好ましい。
さらに、絶縁体は、予め定められた電力レベルに対して所定のレベルの電気的な絶縁を実現するような大きさにすることが好ましい。例えば、２３００ Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマ室に設けられている絶縁体層６００は、本出願の譲受人であるラム レサーチ コーポレイションによって製造され、厚さが０．２から１．０インチ、より好ましくは０．３から０．８インチ、例えば０．５から約０．７５インチになるような大きさにすることができる。
Ｆ．サブアセンブリ
装置１００の各構成部品を構造的に支持するために、機械的な留め具を使用して、構成部品を互いに対して所定の位置に保持する。金属ボルトを機械的な留め具として使用することが好ましく、ボルトを使用して、装置１００内で構成部品の各々を取り付ける。２つの別々のサブアセンブリを使用して、装置１００のアセンブリを簡略化すること、及び、装置１００内の構成部品の保守及び置換えをうまく進めることが好ましい。
装置１００の各構成部品を構造的に支持するために、機械的な留め具を使用して、構成部品を互いに対して所定の位置に保持する。金属ボルトを機械的な留め具として使用することが好ましく、ボルトを使用して、装置１００内で構成部品の各々を取り付ける。２つの別々のサブアセンブリを使用して、装置１００のアセンブリを簡略化すること、及び、装置１００内の構成部品の保守及び置換えをうまく進めることが好ましい。
第１のサブアセンブリを形成するために、ガス分配部材５００を貫通してシャワーヘッド電極２００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、上部シャワーヘッド電極２００はガス分配部材５００に取り付けられ、次には、絶縁体６００を貫通してガス分配部材５００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、絶縁体６００に取り付けられる。第２のサブアセンブリを形成するために、天板８００を貫通してサーマルチョーク７５０の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、サーマルチョーク７５０は天板８００にボルト止めされ、ヒータ７００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、天板８００はヒータ７００にボルト止めされる。次いで、天板８００及びヒータ７００を貫通して絶縁体６００の裏面内のねじが切られた開口部又はねじが切られたインサートに至るボルトによって、第１のサブアセンブリは第２のサブアセンブリに取り付けることができる。一般に、第２のサブアセンブリは、第１のサブアセンブリよりも長い期間使用するものである。すなわち、第１のサブアセンブリは、第２のサブアセンブリが装置についたままで、置き換えることができる。
さらに、前述の通り、摩損を最小限に抑えるために、装置１００の様々な構成部品の対向する表面間の真空封止可能な領域に、潤滑材料が供給されることが好ましい。
図１２に示されるように、第１のサブアセンブリ１０００は、上部シャワーヘッド電極２００をガス分配部材５００に固定するボルト２２５、及び、ガス分配部材５００を絶縁体６００に固定するためのボルト９３０を備えることが好ましい。さらに、第２のサブアセンブリ１１００は、天板８００をサーマルチョーク７５０に固定するボルト９４０、及び、天板８００をヒータ７００に固定するボルト９１０を備えることが好ましい。あるいは、サーマルチョーク７５０を天板８００にボルト止めするのに先立って、ボルト９５０によりサーマルチョーク７５０をヒータ７００にボルト止めすることができる。
好ましい一実施形態では、図１２に示されるように、各ボルトが、重なっている部品から、位置合せされた各穴を貫通し、留め具にねじを切ることができるように、サブアセンブリ１０００，１１００の各部品は、各部品の下面内の階段状の開口部に配置された留め具９００を備えることが好ましい。こうした留め具の詳細は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／６２３，５４０号に示してあり、その全内容を参考として本明細書に援用する。
本発明を、その具体的な実施形態を参照しながら詳細に記述してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を加え、均等物を利用してもよいことが、当業者には明白になるであろう。
Claims (36)
- シャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記シャワーヘッド電極アセンブリは、真空室の内部で温度制御される上部壁の下に装着されるように構成され、ＲＦ（高周波）エネルギーが供給されるシャワーヘッド電極を備え、
前記シャワーヘッド電極アセンブリは、前記シャワーヘッド電極に取り付けられるＲＦ分配部材を備え、
前記ＲＦ分配部材は、軸方向に延びて前記真空室の前記温度制御される上部壁内の開口に入るように構成される第１の部分と前記シャワーヘッド電極を覆って横方向に延びる第２の部分とを含み、前記シャワーヘッド電極全体にわたる複数の接点にＲＦ経路を提供し、
前記複数の接点は、前記第２の部分の上面及び下面の間で軸方向に延び、横方向に間隔をあけた熱経路を提供し、
前記ＲＦ分配部材は、前記シャワーヘッド電極の裏面と前記ＲＦ分配部材との間で分離された中央プレナム及び環状プレナムにプロセスガスを供給するように動作可能な、軸方向に延びる第１及び第２のガス通路を含み、
前記軸方向に延びる第１のガス通路は、第１のガス供給装置を前記中央プレナムに接続するように構成され、前記軸方向に延びる第２のガス通路が、第２のガス供給装置を前記環状プレナムに接続するように構成され、
前記シャワーヘッド電極アセンブリは、前記ＲＦ分配部材に取り付けられ、前記真空室の前記上部壁と前記ＲＦ分配部材の前記第２の部分との間の熱経路の少なくとも一部分を前記シャワーヘッド電極に提供するように構成される熱経路部材を備え、
前記温度制御される上部壁は、前記熱経路部材と協働して、前記シャワーヘッド電極の温度を予め定められた温度範囲内に維持するように構成される、
ことを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。 - 前記熱経路部材が、熱伝導性の電気絶縁体を含むことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記熱経路部材が、窒化物材料を含むことを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記熱経路部材が、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素のプレートを含むことを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記真空室の前記温度制御される上部壁と前記シャワーヘッド電極との間の前記熱経路の少なくとも一部分を形成するヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記アセンブリが、前記ＲＦ分配部材及び前記シャワーヘッド電極を囲む１つ又は複数の電気絶縁部材をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ヒータ及び前記シャワーヘッド電極が、温度制御装置に接続されるように構成されることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記上部壁に面する前記ヒータの表面上にサーマルチョークをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ヒータが、金属体及び抵抗加熱素子を備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ヒータが、対向した高分子材料層の間に配置された抵抗加熱される材料を備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ヒータが、交流又は直流電力が加えられる加熱エレメントを備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ヒータと前記温度制御される上部壁との間の前記熱経路の少なくとも一部分を提供するように構成される複数のサーマルチョークをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記熱経路部材が、前記ヒータ及び前記ＲＦ分配部材と接触していることを特徴とする請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 請求項５に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリを備える真空室であって、
温度制御装置と、
前記温度制御装置に応答して前記ヒータに電力を供給するように構成される電力供給装置と、
前記温度制御装置に応答して前記温度制御される上部壁に流体を供給するように構成された流体制御装置と、
前記シャワーヘッド電極の１つ又は複数の部分の温度を測定し、前記温度制御装置に情報を提供するように構成される温度センサ装置と
をさらに備えることを特徴とする真空室。 - 前記真空室の前記上部壁が電気的に接地されることを特徴とする請求項１４に記載の真空室。
- 前記ＲＦ分配部材が、円形の金属プレートと、前記プレートと同軸の軸方向に延びるハブとを含み、前記軸方向に延びるハブが、前記シャワーヘッド電極の前記裏面に面する１つ又は複数のガス出口と連通する前記金属プレート内の１つ又は複数の放射状に延びるガス通路にプロセスガスを供給する、軸方向に延びる第１及び第２のガス通路を有することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記軸方向に延びる第１のガス通路が、前記金属プレート中の前記放射状に延びる第１群のガス通路と連通する中央管路にプロセスガスを供給することを特徴とする請求項１６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ＲＦ分配部材と前記シャワーヘッド電極の間の少なくとも１つのガスシールが、前記環状プレナムから前記中央プレナムを分離することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記ＲＦ分配部材が、ＲＦ電力入力接続部を含むことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記シャワーヘッド電極が、単一のＲＦ電力源によって電力を供給されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- 前記シャワーヘッド電極は、その一方の側がガス出口であり、したがって他方の側が前記ＲＦ分配部材と接触するバッキング部材にエラストマー接合される、シリコン電極プレートを含むことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
- プラズマエッチングを制御する方法であって、
前記方法は、請求項１に記載のシャワーヘッド電極を介してプラズマエッチング室にプロセスガスを供給するステップを含み、
前記プロセスガスが、前記シャワーヘッド電極と半導体基板がその上に支持される下部電極との間のギャップに流入し、
前記方法は、ＲＦ電力を前記シャワーヘッド電極に印加し、かつ前記プロセスガスをプラズマ状態に励起することによって、前記プラズマエッチング室内の半導体基板をエッチングするステップを含み、
前記ＲＦ電力及び前記プロセスガスが、前記プラズマエッチング室の他の部分から電気的に絶縁された前記ＲＦ分配部材によって前記シャワーヘッド電極に供給される、
ことを特徴とする方法。 - 前記シャワーヘッド電極を、少なくとも８０℃の温度で加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を前記加熱するステップが、前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を少なくとも１００℃の温度に加熱し、維持することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する前記ステップが、前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部分を少なくとも１５０℃の温度に加熱し、維持することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する前記ステップが、前記半導体基板をエッチングする前記ステップの前に行われることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- エッチングする前記ステップが、前記半導体基板上の酸化物層内の開口をエッチングすることを含み、前記開口が、パターン化されたフォトレジストによって画定されていることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記プロセスガスが、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスの少なくともいずれかを含み、前記シャワーヘッド電極を加熱する前記ステップが、前記プロセスガス中のフッ素ラジカル密度を制御することによって、前記半導体基板上のフォトレジスト上の線条を低減させることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記エッチングするステップが、酸化シリコン層内に高アスペクト比の接触開口を形成することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極から前記ＲＦ分配部材、前記熱経路部材、ヒータ、１つ又は複数のサーマルチョークに延び、前記上部壁に至る熱経路に沿って熱を伝導することによって前記シャワーヘッド電極を冷却するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極に電力を印加する前記ステップが、前記プラズマエッチング室の外部のＲＦ源から、前記ＲＦ分配部材を介し、前記ＲＦ分配部材と前記シャワーヘッド電極との間の前記複数の接点を介して、前記ＲＦ分配部材上に配置されたＲＦ入力口にＲＦ電力を供給することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- ガスを供給する前記ステップが、前記ＲＦ分配部材から前記シャワーヘッド電極の前記裏面にある前記プレナムにガスを供給することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- ガスを供給する前記ステップが、前記基板と前記シャワーヘッド電極との間の前記ギャップ内の中央領域に前記中央プレナムを介して第１の混合ガスを供給すること、前記中央領域を囲む前記ギャップ内の環状領域に前記環状プレナムを介して第２の混合ガスを供給することを含み、前記第２の混合ガスが前記第１の混合ガスとは異なり、又は、前記第２の混合ガスが前記第１の混合ガスと同じものであるが前記第１の混合ガスとは異なる流量で供給されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記プラズマエッチング室内で１バッチ分のウエハを１枚ずつエッチングするステップを含み、前記シャワーヘッド電極が、前記１バッチ分のウエハを処理する間、実質的に均一な温度に維持されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する前記ステップが、前記シャワーヘッド電極の中心部と縁部との間の温度差が５０℃未満となるように、前記シャワーヘッド電極の前記中心部及び前記縁部を加熱することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する前記ステップが、前記シャワーヘッド電極の中心部と縁部との間の温度差が２５℃未満となるように、前記シャワーヘッド電極の前記中心部及び前記縁部を加熱することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
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