JP5346018B2 - プラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリ - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリに関する。
半導体材料処理の分野では、例えば、真空処理チャンバを含む半導体材料処理装置を使用して、基板上の様々な材料のエッチングおよび堆積、ならびレジスト剥離などの様々な処理を行う。半導体技術が進化するとともに、トランジスタサイズの減少により、ウェハ処理および処理機器においてさらにより高度な精度、再現性、および清浄度が必要とされる。様々なタイプの機器が、プラズマエッチング、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、およびレジスト剥離などのプラズマの使用を必要とする用途を含む半導体処理のために存在する。これらの処理に必要とされるタイプの機器はプラズマチャンバ内に配設され、その環境で機能しなければならない構成要素を含む。プラズマチャンバの内部の環境は、プラズマへの曝露、エッチングガスへの曝露、および熱サイクルを含むことがある。そのような構成要素に使用される材料は、チャンバ内の環境条件に耐え、かつウェハ当たり複数の処理ステップを含むことがある多くのウェハの処理のため同様に耐えるように構成されなければならない。費用効率を高くするために、そのような構成要素は、機能性および清浄度を保持しながら何百または何千ものウェハサイクルにしばしば耐えなければならない。粒子を生成する構成要素にとって、それらの粒子がわずかしかなく、数十ナノメートルよりも大きくない場合でさえ、一般に、許容度は非常に低い。さらに、プラズマ処理チャンバの内部で使用するように選択された構成要素は、最も費用効率の高い方法でこれらの要求を満たすことが必要である。
シャワーヘッド電極アセンブリの例示的実施形態は、真空チャンバの内部に取り付けられ、高周波（ＲＦ）エネルギーによって駆動されるように構成された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たバッキングプレートと、バッキングプレートの全域の複数の接触点で複数の締結具を介してバッキングプレートに取り付けられた熱制御プレートと、接触点でバッキングプレートと熱制御プレートとを分離する少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットとを含む。
プラズマエッチングを制御する方法の例示的実施形態は、シャワーヘッド電極アセンブリからプラズマエッチングチャンバに処理ガスを供給する工程であって、処理ガスが、シャワーヘッド電極と、半導体基板が支持される下部電極との間の間隙に流れる工程と、シャワーヘッド電極にＲＦ電力を印加し、処理ガスにエネルギーを与えることでプラズマ状態にすることによってプラズマエッチングチャンバ内で半導体基板をエッチングする工程であって、シャワーヘッド電極の温度が、少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットにより増強された熱伝導を介して熱制御プレートによって制御される工程とを含む。この方法では、シャワーヘッド電極アセンブリの上述の例示的実施形態を使用することができる。
シャワーヘッド電極アセンブリの別の例示的実施形態は、真空チャンバの内部に取り付けられるように構成されたシャワーヘッド電極と、シャワーヘッド電極の全域の複数の接触点でシャワーヘッド電極に取り付けられた熱制御プレートと、接触点で、シャワーヘッド電極と熱制御プレートとを分離し、熱制御プレートに形成された隣接するプレナムを分離する少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットとを含む。
シリコンウェハなどの半導体基板用のプラズマ処理装置は、半導体、金属、および誘電体のような材料をエッチングするために半導体デバイス製造処理で使用されるプラズマエッチングチャンバを含む。例えば、誘電体エッチングチャンバは二酸化ケイ素または窒化ケイ素などの材料をエッチングするために使用することができる。エッチング処理中に、エッチングチャンバ内の構成要素は加熱および冷却され、その結果、熱応力を受ける。加熱されたシャワーヘッドアセンブリのうちの盛んに加熱される構成要素では、この温度サイクリングが粒子生成の増加をもたらすことがある。
シャワーヘッド電極が最低温度よりも下に下がらないようにするためにヒーターを有するシャワーヘッド電極アセンブリが、本願の権利者が所有する米国特許出願公開第２００５／０１３３１６０Ａ１号に説明されており、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。プラズマエッチングチャンバの上側壁を形成する温度制御された上側プレートによる熱移送の際にヒーターは熱制御プレートと協働する。
図１は、上側電極１０３および上側電極１０３に固定されたオプションのバッキング部材１０２と、熱制御プレート１０１と、上側プレート１１１とを含む平行プレート容量結合プラズマチャンバ（真空チャンバ）のシャワーヘッドアセンブリ１００の半分を示す。熱チョーク１１２は熱制御プレート１０１の上側表面上に設けることができる。上側電極１０３は、半導体基板１６２、例えば半導体ウェハを支持する基板サポート１６０の上方に位置決めされる。
上側プレート１１１は、プラズマエッチングチャンバなどのプラズマ処理装置の取外し可能な上側壁を形成することができる。図示のように、上側電極１０３は内部電極部材１０５およびオプションの外部電極部材１０７を含むことができる。内部電極部材１０５は、一般に、単結晶シリコンで製作される。所望であれば、内部電極１０５および外部電極１０７は、ＣＶＤ炭化ケイ素、単結晶シリコン、または他の好適な材料などの単一片の材料で製作することができる。
内部電極部材１０５は、処理されるべきウェハよりも小さい、それに等しい、またはそれよりも大きい、例えば２００ｍｍまでの直径を有することができる。３００ｍｍウェハなどのより大きい半導体基板を処理するため、外部電極部材１０７は約１２インチから約１９インチまで、例えば約１５インチから約１７インチまで上側電極１０３の直径を拡大するように構成される。外部電極部材１０７は、連続部材（例えば、リングなどのポリシリコンまたは炭化ケイ素部材）、またはセグメント化された部材（例えば、単結晶シリコンのセグメントなどのリング形状に配置された２〜６個の別個のセグメント）とすることができる。上側電極１０３が複数セグメントの外部電極部材１０７を含む実施形態では、セグメントは、好ましくは、下にある接合材料をプラズマ曝露から保護するために互いに重なり合う縁部を有する。内部電極部材１０５は、好ましくは、上側電極１０３の下方のプラズマ反応チャンバの空間に処理ガスを注入するための複数のガス通路１０４を含む。外部電極１０７は、好ましくは、電極１０３の周囲に高くなった段差を形成する。段差のある電極のさらなる詳細は、本願の権利者が所有する米国特許第６，８２４，６２７号に見いだすことができ、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
単結晶シリコンは、内部電極部材１０５および外部電極部材１０７のプラズマに曝される表面にとって好ましい材料である。高純度の単結晶シリコンは、反応チャンバ内に最低限の有害元素しか導入せず、さらにプラズマ処理中に滑らかに損耗し、それによって粒子を最小限にするので、プラズマ処理中の基板の汚染を最小化する。
シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、３００ｍｍの直径を有する半導体ウェハなどの大きい基板の処理のために大きさを合わせることができる。３００ｍｍのウェハでは、上側電極１０３は直径が少なくとも３００ｍｍである。しかし、シャワーヘッド電極アセンブリは他のウェハサイズまたは非円形形状を有する基板を処理するように大きさを合わせることができる。
バッキング部材１０２はバッキングプレート１０６と、随意にバッキングリング１０８とを含む。そのような構成では、内部電極部材１０５はバッキングプレート１０６と同一の広がりをもち、外部電極部材１０７は周囲のバッキングリング１０８と同一の広がりをもつ。しかし、単一のバッキングプレートを使用して内部電極部材およびセグメント化された外部電極部材を支持することができるように、または内部電極および外部電極が単一片の材料を含むことができるように、バッキングプレート１０６は内部電極部材を越えて拡大することができる。内部電極部材１０５および外部電極部材１０７は、好ましくは、エラストマ接合材料などの接合材料によってバッキング部材１０２に取り付けられる。バッキングプレート１０６は、ガス流をプラズマ処理チャンバに供給するために内部電極部材１０５のガス通路１０４に位置合わせされたガス通路１１３を含む。ガス通路１１３は、一般に、約０．０４インチの直径を有し、ガス通路１０４は、一般に、約０．０２５インチの直径を有する。
この実施形態では、バッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８は、一般にアルミニウム合金材料であるアルミニウム材料で製作される。バッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８は、裸アルミニウム、すなわち、表面自然酸化物を有する（陽極処理されていない）アルミニウムで製作することができる。
熱応力に適応させ、上側電極１０３とバッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８との間で熱エネルギーおよび電気エネルギーを移送する熱および電気伝導性のエラストマ接合材料を用いて、上側電極１０３をバッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８に取り付けることができる。代替として、エラストマは熱伝導性であるが、電気伝導性でないことも可能である。電極アセンブリの表面を一緒に接合するためのエラストマの使用が、例えば、本願の権利者が所有する米国特許第６，０７３，５７７号に説明されており、それは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
バッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８は、好ましくは、ねじ切りボルト、ねじなどとすることができる好適な締結具で熱制御プレート１０１に取り付けられる。例えば、ボルト（図示せず）を熱制御プレート１０１の孔に挿入し、バッキング部材１０２のねじ切り開口にねじ込むことができる。熱制御プレート１０１は、能動的に制御されるヒーターと熱移送関係にある。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる本願の権利者が所有する米国特許出願公開第２００５／０１３３１６０Ａ１号の図１および２ならびにそれらの説明を参照されたい。熱制御プレート１０１は屈曲部分１０９を含み、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金６０６１などのアルミニウム合金などのような機械加工された金属材料で製作される。熱制御プレート１０１は、裸アルミニウム、すなわち、表面自然酸化物を有する（陽極処理されていない）アルミニウムで製作することができる。上側プレート１１１は、好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合金６０６１などのアルミニウム合金で製作される。プラズマ閉じ込めアセンブリ１１０はシャワーヘッド電極アセンブリ１００の外の方に示されている。垂直に調整可能なプラズマ閉じ込めリングアセンブリを含む好適なプラズマ閉じ込めアセンブリが、本願の権利者が所有する米国特許第５，５３４，７５１号に説明されており、それは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
熱制御プレートは、好ましくは、上側電極の温度を制御するために、温度制御された上側プレートと協働するように作動する少なくとも１つのヒーターを含む。例えば、好ましい実施形態では、ヒーターは熱制御プレートの上側表面上に設けられ、第１の突出部によって囲まれた第１のヒーターゾーンと、第１の突出部と第２の突出部との間の第２のヒーターゾーンと、第２の突出部と屈曲部分との間の第３のヒーターゾーンとを含む。ヒーターゾーンの数は変えることができ、例えば、他の実施形態では、ヒーターは単一のヒーターゾーン、２つのヒーターゾーン、または３つを超えるヒーターゾーンを含むことができる。ヒーターは、代替として、熱制御プレートの下側表面上に設けることができる。
ヒーターは、好ましくは、ヒーターによって達せられる動作温度に耐えることができる高分子材料の向かい合った層の間に配設された抵抗加熱材料を含むラミレートを含む。使用することができる例示的な高分子材料は、Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている商標Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）で販売されているポリイミドである。代替として、ヒーターは熱制御プレートに埋め込まれた抵抗ヒーター（例えば、キャスト熱制御プレート中の加熱要素または熱制御プレートに形成されたチャネルに配置された加熱要素）とすることができる。ヒーターの別の実施形態は、熱制御プレートの上側表面および／または下側表面上に取り付けられた抵抗加熱要素を含む。熱制御プレートの加熱は伝導および／または放射を介して達成することができる。
ヒーター材料は、第１のヒーターゾーン、第２のヒーターゾーン、および第３のヒーターゾーンの熱的に均一な加熱を可能にする任意の好適なパターンを有することができる。例えば、ラミネートヒーターは、ジグザグ、蛇行、または同心のパターンなどの規則的または非規則的なパターンの抵抗加熱線を有することができる。ヒーターで熱制御プレートを加熱することによって、温度制御された上側プレートの動作と協働して、シャワーヘッド電極アセンブリの動作中、上側電極の全域に望ましい温度分布を与えることができる。
第１のヒーターゾーン、第２のヒーターゾーン、および第３のヒーターゾーンに配置されたヒーター区域は、任意の好適な技法、例えば熱および圧力、接着剤、締結具などの利用によって熱制御プレートに固定することができる。
上側電極は電気的に接地することができ、または、代替として、好ましくは高周波（ＲＦ）電流源１７０によって電力供給することができる。好ましい実施形態では、上側電極は接地され、プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるために１つまたは複数の周波数の電力が下部電極に印加される。例えば、下部電極は２つの独立に制御される高周波電力源によって２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚの周波数で電力供給され得る。基板が処理された（例えば、半導体基板がプラズマエッチングされた）後、プラズマ発生を終了するため下部電極への電力の供給は止められる。処理された基板はプラズマ処理チャンバから取り出され、別の基板がプラズマ処理のために基板サポートに配置される。好ましい実施形態では、下部電極への電力が止められると、熱制御プレートを加熱し、その結果として上側電極を加熱するようにヒーターは作動される。その結果、上側電極の温度は、好ましくは、所望の最低温度よりも下に低下するのが防止される。誘電体材料のエッチングでは、基板がより均一に処理され、それによって歩留りを改善するように、上側電極の温度は、好ましくは、連続した基板処理の運転の間、１５０℃から２５０℃などのほぼ一定温度に維持される。電源は、好ましくは、上側電極の実際の温度と所望の温度とに基づいて所望のレベルおよびレートでヒーターに電力を供給するように制御できる。
例示的な実施形態では、例えば、シャワーヘッド電極の少なくとも一部を少なくとも１００℃、少なくとも１５０℃、または少なくとも１８０℃に加熱および維持することによって、上側電極を少なくとも約８０℃の温度まで加熱することができる。上側電極は、半導体基板のエッチングの前に加熱することができる。エッチングは、半導体基板上の酸化物層に開口をエッチングする工程を含むことができ、その開口はパターン化フォトレジストによって画定される。
プラズマチャンバは、例えば、温度コントローラと、温度コントローラに熱応答して熱制御プレートを加熱するヒーターに電力を供給するように構成された電源と、チャンバの温度制御された上側壁に温度コントローラに応答して流体を供給するように構成された流体制御部と、シャワーヘッド電極の１つまたは複数の部分の温度を測定し、温度コントローラに情報を供給するように構成された温度センサ構成とをさらに含むことができる。
シャワーヘッド電極アセンブリの図示された実施形態は、プラズマチャンバ内に処理ガスを分配するために使用されるアルミニウムバッフルリング構成１２０をさらに含む。図１のアルミニウムバッフルリング構成１２０は、アルミニウムまたは６０６１アルミニウムなどのアルミニウム合金から製作された６つのリングを含み、６０６１アルミニウムは、重量で、約９６から約９８％のＡｌ、約０．８から約１．２％のＭｇ、約０．４から０．８％のＳｉ、約０．１５から０．４％のＣｕ、約０．０４から０．３５％のＣｒ、および随意にＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎおよび／またはＴｉからなる。バッフルリング１２０は陽極処理された外側表面を有することができる。６つの同心のＬ形リングは、バッキング部材１０２の上方および熱制御プレート１０１の下方のプレナム内に配置される。例えば、中央プレナムは単一のリングを含むことができ、隣接するプレナムは１／２から１インチの間隙だけ隔てられた２つのリングを含むことができ、次に隣接するプレナムは１／２から１インチの間隙だけ隔てられた２つのリングを含むことができ、外側プレナムは単一のリングを含むことができる。リングはねじで熱制御プレート１０１に取り付けられる。例えば、各リングは、ねじを受け入れるための貫通孔をもつ円周に離間したスタンドオフまたはボスを含むことができ、例えば、離して配置された３つのボスを使用することができる。各リングは、約０．０４０インチの厚さの横区域と、長さが約１／４インチの垂直フランジとを有することができる。
図２は、シャワーヘッド電極アセンブリ１００の一部を示す。図示のように、アルミニウムバッキングプレート１０２の上側表面１３４と熱制御プレート１０１の環状突出部１３６との間に接触点１３２がある。熱制御プレート１０１において、接触点１３２はバッキングプレート１０２の表面積の約１％から約３０％の範囲にわたる。Ｏリングなどのシール１３８は、気密シールを形成するためにアルミニウムバッフルリング１２０と上側表面１３４との間のオフセット１３９に配設される。図示のように、バッフルリング１２０の垂直壁の上端部は、シム１４０によって熱制御プレート１０１の下側表面１４２から分離される。シム１４０は、一般に、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などの誘電体材料で製作される。
発明者らは、シャワーヘッド電極アセンブリ１００の動作中に、熱制御プレート１０１と、バッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８を含むアルミニウムバッキング部材１０２との間で、それらの間に位置した接触点に沿ってかじりが生じることがあることを確認した。このかじりは熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２の両方で生じることがあり、温度サイクリングの結果として、熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２の向かい合った表面間で生じる相対運動およびこすりによって引き起こされる。このかじりはいくつかの理由で極めて望ましくない。第１に、かじりは、熱移送の低減、したがって、図示の内側電極部材１０５を含む上側電極１０３の温度の変化を引き起こすことがある。この温度変化は、プラズマ処理チャンバ内で半導体基板の処理中に処理変化を引き起こすことがある。
熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２のかじりは、さらに、粒子発生を引き起こすことがあり、または熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２の融着を引き起こすことがあり、それにより、これらの構成要素を分離するのに過度の力を必要とし、それはこれらの構成要素に損傷をもたらすことがある。
熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２のかじりは、さらに、上側電極１０３の清浄化の困難さを増加させることがある。
その上、熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２のかじりはこれらの構成要素の表面的外観を劣化させ、それらの寿命を低減する。
図３および４は、熱制御プレート１０１ならびにアルミニウムバッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８のかじりの発生を低減し、その結果、さらに、そのようなかじりに関連した上述の問題を低減する変形を含むシャワーヘッド電極アセンブリの例示的実施形態を示す。特に、図３に示されるように、ガスケット１４４が、熱制御プレートの環状突出部１３６の下側表面とアルミニウムバッキングプレート１０２の上側表面１３４との間に配置される。ガスケット１４４は、熱制御プレート１０１とアルミニウムバッキングプレート１０６との間に電気および熱伝導を与えるために電気伝導性（電極へのＲＦ経路を設けるために）および熱伝導性である材料で製作される。ガスケット１４４は電気伝導性の熱界面を与える。ガスケット１４４は、さらに、内部電極部材１０５を含む上側電極１０３と熱制御プレート１０１との間の熱移送を増強する。さらに図３に示されるように、ガスケット１４４とほぼ同じ厚さを有するシム１４６がアルミニウムバッフルリング１２０と熱制御プレート１０１の下側表面１４２との間に配置される。シム１４６は誘電体材料とすることができる。
熱制御プレート１０１は、バッキングプレート１０６の裏面にプレナムを確立するいくつかの環状突出部１３６、例えば、２個から１０個、好ましくは４個から８個の突出部を含む。環状ガスケット１４４は各環状突出部の接触表面上に配置される。複数の締結具（３個から１５個のボルトなど）は、熱制御プレートをバッキングプレートに固定するために環状ガスケットの各々の開口を貫通する。
図４は、バッキングプレート１０６およびバッキングリング１０８の一部を示す。図示のように、リング１５０（例えば石英リング）が、バッキングプレート１０６とバッキングリング１０８との間のインターフェイス１５２に位置決めされる。Ｏリングなどのシール１５４は、インターフェイス１５２でシールを形成するためにリング１５０に形成された溝１５６に設けられる。電気および熱伝導性の材料で製作されたシム１４４が、熱制御プレート１０１とアルミニウムバッキングリング１０８との間に設けられる。シム１４４は内部電極部材１０５と外部電極部材１０７との間のシールを保持し、リング１５０による粒子生成を防止することができる。
接触点によって熱移送を増強することによって、内部電極部材１０５を含む上側電極１０３と熱制御プレート１０１との間の温度差を低減することが可能であり、その結果、「最初のウェハ効果」を一連のウェハの連続処理中低減することもできる。最初のウェハ効果は約０．５℃未満まで低減することができることが好ましい。例えば、半導体基板に高アスペクト比のコンタクトバイアをエッチングするために約２ｎｍ／１０℃の限界寸法（ＣＤ）感受性と共に約１Å（約０．１ｎｍ）の繰り返し精度を達成できることが好ましい。
さらに、ガスケット１４４は、新しいアルミニウムバッキング部材と使い古したアルミニウムバッキング部材との間の温度変化を約５℃未満にまで最小化できることも好ましい。
ガスケット１４４は、さらに、熱制御プレート１０１およびアルミニウムバッキング部材１０２の融着またはかじりを低減または防止することができ、それにより、これらの構成要素は最小の力で互いから分離することができることが好ましい。
例えば、約１０から２００ｍＴｏｒｒの高真空環境でガス放出せず、低い微粒子発生性能を有し、接触点で剪断に適合するように柔軟であり、半導体基板中のライフタイムキラーであるＡｇ、Ｎｉ、Ｃｕなどのような金属成分が存在せず、アルミニウムバッキング部材１０２の清浄中、粒子の発生を最小にすることができる材料でガスケット１４４は製作されることが好ましい。
ガスケット１４４は、例えば、伝導性シリコーンアルミホイルサンドイッチガスケット構造体、またはエラストマステンレス鋼サンドイッチガスケット構造体とすることができる。好ましい実施形態では、ガスケット１４４は、ミネソタ州、チャンハッセンにあるＴｈｅ Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＢｅｒｇｑｕｉｓｔ Ｑ−Ｐａｄ ＩＩ複合材料である。これらの材料は、熱／電気伝導性ゴムで両側を被覆されたアルミニウムを含む。この材料は真空環境に適合する。熱制御プレートの接触表面およびアルミニウムバッキング部材、例えばバッキングプレートの接触表面は各々処理、例えば機械加工によって生じたある程度の粗さを有する。ガスケット材料が接触表面の表面粗さを補償し、接触表面間の熱接触を増強するように接触表面の領域（例えばマイクロボイド）を有効に充填するように、ガスケット材料は十分に柔軟であることも好ましい。
ガスケット材料からのグラファイト発生を最小化するために、ガスケットは脱イオン水を使用して、例えば拭うことなどによって清浄にすることができる。ガスケット材料は、代替として、フルオロエラストマ材料などの好適な被覆材料で被覆することができる。
アルミニウムバッキングプレートの表面と熱制御プレートの表面との間に（接触点で）Ｑ−Ｐａｄ ＩＩガスケット材料をもつ真空処理チャンバ内においてこれらの構成要素を使用した後のアルミニウムバッキングプレート１０６の上側表面を図５は示し、熱制御プレート１０１の環状突出部の下側表面を図６は示す。図示のように、アルミニウムバッキングプレート１０６の上側表面および環状突出部の下側表面はかじり跡がない。この試験は、高アスペクト比の接触開口をエッチングするために５ＫＷＲＦ電力を用い１７０℃の温度で行われた。図５および６に示された写真は１２ＲＦ時間のチャンバ動作の後に撮られた。
図７および８は、Ｑ−Ｐａｄ ＩＩ複合材料がアルミニウムバッキングプレートの上側表面と熱制御プレートの環状突出部の下側表面との間に配置された場合、熱的性能を改善し、最初のウェハ効果を最小化することができることを実証している試験結果を示している。図７において、ガスケットがない場合、および異なるガスケット材料がアルミニウムバッキングプレートの上側表面と熱制御プレートの環状突出部の下側表面との間に配置された場合についてバッキングプレート温度と時間との関係が示される。曲線Ａは、グラファイトで製作されたバッキングプレートおよびガスケットなしの場合であり、曲線Ｂは、アルミニウムで製作されたバッキングプレートおよびガスケットなしの場合であり、曲線Ｃは、アルミニウムで製作されたバッキングプレートおよびＱ−Ｐａｄ ＩＩ複合ガスケットの場合である。図８において、曲線Ａ、Ｂ、およびＣは、アルミニウムバッキングプレートおよび使用されたガスケットなしの場合であり、曲線ＤおよびＥは、アルミニウムバッキングプレートおよびＱ−Ｐａｄ ＩＩ複合ガスケットの場合である。図８において、曲線Ａ、Ｂ、Ｃでは、最初のウェハ効果は３℃であったが、曲線ＤおよびＥでは、最初のウェハ効果は０．５℃未満であった。
図９Ａから９Ｄおよび図１０Ａから１０Ｄは、熱制御プレートとバッキングプレートとの間にＱ−Ｐａｄ ＩＩ複合ガスケット材料を備えた（図９Ａから９Ｄ）、およびガスケット材料を備えない（図１０Ａから１０Ｄ）アルミニウムバッキングプレートを使用する処理変化試験でのエッチングレートプロファイルを示す。
図７および８ならびに図９Ａから９Ｄおよび図１０Ａから１０Ｄに示される試験結果によって実証されているように、Ｑ−Ｐａｄ ＩＩ複合ガスケット材料の柔軟特性により、熱制御プレートとバッキングプレートとの間の接触表面での熱接触（熱経路およびＲＦ経路）を増加させることによって性能結果が驚くほど改善された。
図１１は、シャワーヘッド電極アセンブリの別の実施形態の一部を示す。図２および３を参照すると、図１１に示された実施形態はバッキング部材を含まず、熱制御プレート１０１が内側電極部材１０５に直接固定されている。図１１に示されたシャワーヘッド電極アセンブリは、図１に示された外側電極部材１０７のようなオプションの外側電極部材をさらに含むことができる。外側電極部材は複数のセグメントからなるリング形状を有することができる。熱制御プレート１０１は、締結具および／またはエラストマ接合などの接着接合によるなどの任意の好適な方法で内側電極部材１０５およびオプションの外側電極部材に直接固定することができる。図１１に示されるように、内側電極部材１０５の上側表面１６０と熱制御プレート１０１の環状突出部１３６との間に接触点１５８がある。この実施形態では、熱制御プレート１０１の外側表面は、裸アルミニウムである接触点１５８の表面を除いて陽極処理することができる。接触点１３２は、内側電極部材１０５から熱を取り除くための熱経路と、内側電極部材１０５を通過するＲＦパワーのためのＲＦ経路とを備える。Ｏリングなどのシール１３８は、気密シールを形成するためにアルミニウムバッフルリング１２０と上側表面１６０との間のオフセット１３９に配設される。バッフルリング１２０の垂直壁の上端部は、シム１４０によって熱制御プレート１０１の下側表面１４２から分離される。シム１４０は、一般に、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などの誘電体材料で製作される。
図１２は、熱制御プレート１０１と内側電極部材１０５（およびさらにオプションの外側電極部材）との間で、それらの間に位置した接触点に沿ってかじりが生じるのを低減し、その結果、粒子生成などのそのようなかじりに関連した問題も低減させるための図１１に示されたシャワーヘッド電極アセンブリの変形を示す。例えば、シリコン電極部材では、かじりはシリコン粒子発生およびアルミニウム粒子発生を引き起こすことがある。特に、図１２に示されるように、ガスケット１４４が、熱制御プレート１０１の環状突出部１３６の下側表面と内部電極部材１０５の上側表面１６０との間に配置される。ガスケット１４４は、熱制御プレート１０１に形成されたプレナムの隣接するものを互いから分離する。
ガスケット１４４は、図３および４に示されたシャワーヘッド電極アセンブリの実施形態に関して上述したガスケット１４４と同じ材料で製作することができる。ガスケット１４４の材料は、熱制御プレート１０１と内側電極部材１０５（およびオプションの外側電極部材）との間に電気および熱伝導を与えるために電気および熱伝導性であり、すなわち、ガスケット１４４は接触点間に電気伝導性の熱界面を与える。
さらに図１２に示されるように、ガスケット１４４とほぼ同じ厚さを有するシム１４６がアルミニウムバッフルリング１２０と熱制御プレート１０１の下側表面１４２との間に配置される。シム１４６は誘電体材料とすることができる。
本発明がそれの特定の実施形態を参照しながら詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な改変および変更を行うことができ、等価物を使用することができることが当業者には明らかであろう。
Claims (18)
- 真空チャンバの内部に取り付けられ、高周波（ＲＦ）エネルギーによって駆動されるように構成されたシャワーヘッド電極と、
前記シャワーヘッド電極に取り付けられたバッキングプレートと、
前記バッキングプレートの全域の複数の接触点で複数の締結具を介して前記バッキングプレートに取り付けられた熱制御プレートであって、前記複数の接触点が前記熱制御プレートの下側表面上の離間した複数の環状突出部を含む熱制御プレートと、
前記複数の環状突出部の間のプレナムにそれぞれ配置されたアルミニウム製の複数のバッフルリングと、
前記複数の接触点で前記バッキングプレートと前記熱制御プレートとを分離する少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットとを含み、
前記少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットが前記複数の環状突出部を覆うように大きさを合わせられた複数の環状ガスケットを含み、
各バッフルリングが、陽極処理されたアルミニウムで構成され、かつ、前記複数の環状突出部のうちの１つに隣接する垂直壁を含み、前記接触点に隣接する前記垂直壁の下端部に前記垂直壁がオフセットを含み、前記接触点の両側でシールを形成するようにＯリングが前記オフセット内に配置される、
ことを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。 - 前記熱制御プレートおよび前記バッキングプレートが裸アルミニウムであり、前記ガスケットが金属および高分子材料のラミネートであ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が内側電極および外側電極を含み、前記内側電極が単結晶シリコンの円形プレートであり、前記外側電極が単結晶シリコンの複数のセグメントで構成されるリング電極であ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。
- 前記締結具が前記バッキング部材内にねじ込まれるボルトを含み、前記ガスケットがその中に貫通孔を含み、そこを通って前記ボルトが前記バッキング部材内に入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。
- 前記バッフルリングの前記垂直壁の上端部が、前記熱および電気伝導性のガスケットと同じ厚さを有するシムによって前記熱制御プレートの下側表面から分離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。
- 前記熱制御プレートの上側表面上に熱チョークをさらに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。
- 前記熱および電気伝導性のガスケットには銀、ニッケル、および銅が存在せず、前記複数の環状突出部が前記バッキングプレートの表面積の１％から３０％の範囲にわた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。
- 請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリを含む真空チャンバであって、
温度コントローラと、
前記温度コントローラに熱応答して前記熱制御プレートを加熱するヒーターに電力を供給するように構成された電源と、
前記チャンバの温度制御された上側壁に前記温度コントローラに応答して流体を供給するように構成された流体制御部と、
前記シャワーヘッド電極の１つまたは複数の部分の温度を測定し、前記温度コントローラに情報を供給するように構成された温度センサ構成と
をさらに含み、
前記真空チャンバの前記上側壁が随意に電気的に接地されることを特徴とする真空チャンバ。 - 前記シャワーヘッド電極が、その一方の側にガス出口をもつシリコン電極プレートを含み、その反対側が、裸アルミニウムである前記バッキングプレートにエラストマ接合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。
- 請求項１に記載のシャワーヘッド電極アセンブリからプラズマエッチングチャンバに処理ガスを供給する工程であって、前記処理ガスが、前記シャワーヘッド電極と、半導体基板が支持される下部電極との間の間隙に流れる工程と、
前記シャワーヘッド電極にＲＦパワーを印加し、前記処理ガスにエネルギーを与えることでプラズマ状態にすることによって前記プラズマエッチングチャンバ内で半導体基板をエッチングする工程であって、前記シャワーヘッド電極の温度が、前記少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットにより増強された熱伝導を介して前記熱制御プレートによって制御される工程と
を含むプラズマエッチングを制御することを特徴とする方法。 - 少なくとも８０℃の温度で前記シャワーヘッド電極を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する工程が、少なくとも１００℃の温度に前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部を加熱および維持する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する工程が、少なくとも１８０℃の温度に前記シャワーヘッド電極の少なくとも一部を加熱および維持する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記シャワーヘッド電極を加熱する工程が前記半導体基板をエッチングする工程の前に行われ、前記エッチングする工程が前記半導体基板上の酸化物層中にパターン化フォトレジストによって画定された開口をエッチングする工程を含み、前記開口がパターン化フォトレジストによって画定されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 真空チャンバの内部に取り付けられるように構成されたシャワーヘッド電極と、
前記シャワーヘッド電極の全域の複数の接触点で前記シャワーヘッド電極に取り付けられた熱制御プレートであって、前記複数の接触点が前記熱制御プレートの下側表面上の離間した複数の環状突出部を含む熱制御プレートと、
前記複数の環状突出部の間のプレナムにそれぞれ配置されたアルミニウム製の複数のバッフルリングと、
前記複数の接触点で、前記シャワーヘッド電極と前記熱制御プレートとを分離し、前記熱制御プレートの中の前記プレナムを相互に分離する少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットとを含み、
前記少なくとも１つの熱および電気伝導性のガスケットが前記複数の環状突出部を覆うように大きさを合わせられた複数の環状ガスケットを含み、
各バッフルリングが、陽極処理されたアルミニウムで構成され、かつ、前記複数の環状突出部のうちの１つに隣接する垂直壁を含み、前記接触点に隣接する前記垂直壁の下端部に前記垂直壁がオフセットを含み、前記接触点の両側でシールを形成するようにＯリングが前記オフセット内に配置される、
ことを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。 - 前記複数の環状突出部の表面が前記電極の上側表面の表面積の１％から３０％の範囲にわたり、
前記少なくとも１つのガスケットが前記複数の環状突出部の各々と前記電極の上側表面との間に位置した環状ガスケットを含み、
銀、ニッケル、および銅が存在しない金属および高分子材料のラミネートから前記ガスケットが構成されることを特徴とする請求項１５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内側電極および外側電極を含み、前記内側電極が単結晶シリコンの円形プレートであり、前記外側電極が単結晶シリコンの複数のセグメントで構成されるリング電極であり、
各バッフルリングが、陽極処理されたアルミニウムで構成され、かつ、前記複数の環状突出部のうちの１つに隣接する垂直壁を含み、前記接触点に隣接する前記垂直壁の下端部に前記垂直壁がオフセットを含み、
前記シャワーヘッド電極アセンブリが、
前記接触点の両側でシールを形成するように前記オフセット内に配置されたＯリングであって、前記バッフルリングの前記垂直壁の上端部が前記熱および電気伝導性のガスケットと同じ厚さを有するシムによって前記熱制御プレートの下側表面から分離されるＯリングと、
前記熱制御プレートの上側表面上の熱チョークと
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。 - 前記熱制御プレートが、裸アルミニウムである接触点を除いて陽極処理された外側表面を有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。
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