JP5623008B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は、主に、処理チャンバへ導入されるプラズマを生成するためのリモートプラズマソースに関する。

（関連技術の説明）
プラズマプロセスは、様々なデバイス製造の応用において数多くの製造ステップのために用いられる。ソーラーパネル若しくはフラットパネルディスプレイのために、基板のサイズは最近増大しつつある。基板のサイズが大きくなるにつれ、より多くのプラズマが必要となる。更に、処理の間、材料物質が処理チャンバの露出部分に堆積するかもしれない。その材料物質が溜まると、その物質が剥がれ落ち基板を汚染する危険性がある。プロセスチャンバを定期的にクリーニングすることにより、不要な堆積がチャンバから取り除かれ基板の汚染を少なくする。

より増加する需要により、基板のサイズが大きくなるので、より多くのプラズマ、いくつかの場合においては、より濃度の高いプラズマがプロセスチャンバを効率的にクリーニングするために必要とされ得る。

従って、改善されたリモートプラズマソースの技術が必要となる。

発明の概要

本発明は、主に、リモートプラズマソース及びリモートプラズマソース内でプラズマを生成するための方法を含む。クリーニングガスは、離れた場所においてプラズマに点火され、プロセスチャンバへと供給される。冷却されたＲＦコイルの外側にこのクリーニングガスを流すことにより、プラズマはコイルに対して高いＲＦバイアスを供給する一方で、高い又は低い圧力のいずれかの圧力でプラズマが点火され得る。ＲＦコイルを冷却することによりコイルのスパッタリングは低減され、不要な汚染がクリーニングガスプラズマを有するプロセスチャンバへと流れることを少なくする。コイルからのスパッタリングを少なくすることにより、リモートプラズマソースの有用可能な寿命を延ばすことができる。

一実施形態において、リモートプラズマソースが開示される。このソースはエンクロージャ、このエンクロージャに結合されたガス供給口、このエンクロージャに結合されたプラズマ排出口、エンクロージャ内に設けられた金属コイルを含む。この金属コイルは外側表面及び内側表面を有する。ＲＦ入力は外側表面に結合される。第１の冷却流体供給口は内側表面に結合される。

別の実施形態において、プラズマ発生方法が開示される。この方法はガス供給口を介してチャンバにガスを流し、チャンバを通る金属コイル内に冷却流体を流し、金属コイルの外側表面に沿ってＲＦ電流を流し、チャンバ内でプラズマを点火し、プラズマ排出口を介して、チャンバの外にプラズマを排出することを含む。

別の実施形態において、プラズマ装置が開示される。この装置はプロセスチャンバ、ＲＦマッチングネットワーク、及び、このプロセスチャンバ及びＲＦマッチングネットワークに接続されたリモートプラズマソースを含む。このリモートプラズマソースはエンクロージャと、このエンクロージャ内に設けられた金属コイルを含む。この金属コイルは冷却流体供給口及び排出口に接続される。ＲＦマッチングネットワークは金属コイルに接続される。

別の実施形態においてリモートプラズマソースが開示される。このソースはエンクロージャ及びこのエンクロージャ内に設けられた冷却流体通路を含む。この通路はＲＦマッチングネットワークに接続される。ガス供給口はこのエンクロージャに接続される。ガス供給口はエンクロージャにガスを供給し、ガスは冷却流体通路の外側を流れる。

別の実施形態において、プラズマ発生方法が開示される。この方法は金属コイル内に冷却流体を流し、金属コイルの外側に沿ってＲＦ電流を流し、金属コイルの外側に流れるガスからのプラズマを点火することを含む。

詳細な説明

本発明はリモートプラズマソース及びリモートプラズマソース内のプラズマを生成するための方法を含む。クリーニングガスは、離れた場所においてプラズマに点火され、処理チャンバに供給される。冷却されたＲＦコイルの外側にクリーニングガスを流すことにより、プラズマが高い若しくは低い圧力のいずれの圧力においても点火され、その一方でコイルに高いＲＦバイアスが供給される。ＲＦコイルを冷却することはコイルのスパッタリングを低減し、不要なコンタミがクリーニングガスプラズマを有する処理チャンバに流れ込むことを少なくする。コイルからのスパッタリングを低減することにより、リモートプラズマソースの有用な寿命を延ばすことができる。本発明はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインクの子会社、ＡＫＴから市販されているプラズマエンハンスド化学蒸着堆積（ＰＥＣＶＤ）に関連して以下に説明される。物理的蒸着堆積（ＰＶＤ）チャンバを含む、ＲＦ電流を用いたプラズマにガスを励起することを必要とする、いかなるチャンバにも同等に本発明は適用可能であることに留意されたい。また、以下に記述される発明はＰＥＣＶＤチャンバ及び他のチャンバ、他の製作者により製作されたものにも同等に適用可能である。

図１は本発明の一実施形態による処理装置１００の概略断面図である。この装置１００はＰＥＣＶＤチャンバ１０２を含む。サセプタ１０６はチャンバ１０２の底１０４に接続された接地ストラップ１２６により接地されている。基板１０８はサセプタ１０３の上に置かれ、チャンバ１０２内のシャワーヘッド１１０の反対側に置かれる。シャワーヘッド１１０はブラケット１１４によりチャンバ１０２内に支持されている。基板１０８はスリットバルブ１１８を介してチャンバ１０２内に挿入され、リフトピン１４２の上に置かれる。サセプタ１０６は上昇して基板１０８に保持する。サセプタ１０６はアクチュエーター１２２によりステム１２０上で、もち上げられる。真空ポンプ１２４はチャンバ１０２を排気する。

ガスは、ガスソース１３２からシャワーヘッド１１０へと供給される。このガスは、クリーニングの目的のためにプラズマに励起されるか、若しくは、単にチャンバ１００内へと通過することが許されるリモートプラズマソース１３０を通過する。このガスはＲＦ電源１２８から供給されるＲＦ電流によってチャンバ１０２内でプラズマに点火される。このガスは初期的にはリッド１１２及びシャワーヘッド１１０の上流側１３８との間に設けられたプレナム領域１３６に供給される。ガスは実質的にはプレナム領域に実質的にほぼ均等に分配され、上流側１３８及び下流側１４０の間に延びるシャワーヘッド１１０内のガス通路１１６を通過する。一実施形態においてこのガスの通路１１６はホローカソードキャビティを含む。プラズマがリモートプラズマソース１３０内において遠隔的に生成されるときはいつも、ＲＦ電流が、ＲＦマッチングネットワーク１３４からリモートプラズマソース１３０の対向する端において供給される。

図２は本発明の一実施形態によるリモートプラズマソース２００の概略平面図である。このリモートプラズマソース２００はその中に１つ以上の冷却チャネル２０６を有するウォール２０４を備えたチャンバ２０２を含む。冷却流体は冷却供給口２１０を介して冷却チャネル２０６に供給され、冷却排出口２０８を介して冷却チャネル２０６から排出される。ウォール２０４はプラズマの形成を助けるためチャンバ２０２の内部に導電性の表面２４８を有する。ウォール２０４を冷却することにより、ウォール２０２からの潜在的なスパッタリングが低減され、リモートプラズマソース２００の寿命は増加する。

ガスは、ガス供給口２１４を介して、プラズマへと点火されるチャンバ２０２に導入され、プロセスチャンバへのプラズマ排出口２１６から排出される。このガスはＲＦ電流によりプラズマに点火される。ＲＦ電流はチャンバ２０２内のコイル２３８の外側に沿って流れる。コイル２３８は導電性であり金属を含む。ウォール２０４及びコイル２３８の両者は導電性である。プラズマがチャンバ２０２内で点火されると、そのプラズマは、絶縁性材料ではなく、コイル２３８及びカベ２０４の導電性材料により取り囲まれる。コイル２３８は導電性のウォール２０４の内側にあり、プラズマはウォール２０４とコイル２３８との間に形成されるので、プラズマは接地されずリモートプラズマソース２００を損失せしめる。さらに、コイル２３８の外側でプラズマが形成されるので、リモートプラズマソース２００の寿命は延びる。

一実施形態においてガスはＮＦ_３、Ｆ_２及びＳＦ_６等のクリーニングガスを含む。他の実施形態において、ガスはエッチングガスを含む。さらに他の実施形態において、ガスは堆積ガスを含む。

ＲＦ電流は、マッチングネットワーク２３６からコイル２３８へ供給される。マッチングネットワーク２３８はリモートプラズマソース２００の対向する端２２４、２３０にＲＦ電流を供給するために２つの出力端を有する。このＲＦ電流はＲＦカップリング２２８、２３４を介して各端２２４、２３０に接続されている。ＲＦカップリング２３４に結合されるＲＦ電流は、ＲＦカップリング２２８に結合されるＲＦ電流と１８０度位相がずれている。相互に１８０度位相がずれして２つの場所にＲＦ電流を供給することにより、より低いＲＦ電流が供給される。一実施形態において１つのＲＦカップリング２２８、２３４は接地され、他方のＲＦカップリング２２８、２３４はバイアスされる。１つのＲＦカップリング２２８、２３４を接地すると、他方のＲＦカップリング２２８、２３４に供給されるＲＦ電流は、ＲＦ電流が相互に位相がずれた両端２２４、２３０のところに入力されたＲＦ電流を２倍にする。

ＲＦ電流は金属チューブ２４４、２４６の外側及び２つの端２２４、２３０との間のコイル２３８に沿って流れる。チャンバ２０２の外側では、チューブ２４４、２４６は絶縁チューブ２４０、２４２に囲まれる。金属チューブ２４４、２４６は、ＲＦ電流がチューブ２４４、２４６の内部に貫通しないようにするために十分に厚いものである。ＲＦ電流はチャンバ２０２内のコイル２３８の外側に沿って流れ、チャンバ２０２内でプラズマガスを点火してプラズマにする。コイル２３８はアルミニウムのような金属を含む。

ＲＦ電流はチャンバ２０２内でプラズマを点火するので、コイル２３８は十分に熱いものであり、コイル２３８の不要なスパッタリングをもたらす。コイル２３８はスパッタされると、コイルの材料がチャンバのウォール２０４の内側に堆積する。または、スパッタされたコイルの材料はリモートプラズマソース２００を出て、プラズマを有した処理チャンバの中に入る。冷却流体を備えたコイル２３８を冷却することによって、不要なスパッタリングが低減される。冷却媒体は冷却供給口２３２を介してコイル２３８に供給され、冷却排出口２２６を介してコイル２３８から排出される。一実施形態において冷却流体は水を含む。別の実施形態において、冷却流体はグリコールを含む。入力される所要のＲＦ電流に基づいて、コイル２３８及びメタル金属チューブ２４４、２４６の厚さが、ＲＦ電流の貫通深さより厚くなるように予め設定される。このようにＲＦ電流への冷却流体の結合が低減される。

図２に示されるように、冷却流体は、チャンバ２０２へのガスの流れとは反対方向に、コイル２３８の内側を沿って流れる。この反対の流れは、ガス供給口２１４に比べ、プラズマの排出口２１６の近傍に予期される、より高い温度を冷却するのを助ける。プラズマ排出口２１６を介してプラズマが排出されると、冷却流体はプラズマチューブ２１６を冷却する冷却チューブ２１８に供給され、プラズマ排出口２１６のスパッタリング若しくは損失を低減する。冷却流体は冷却供給口２２２を介して供給され、冷却排出口２２０を介して冷却チューブ２１８から排出される。

冷却されたＲＦコイルの外側上の導電性のエンクロージャ内にプラズマを発生させることにより、高い密度のプラズマが高い若しくは低い圧力において形成され、プロセスチャンバに供給される。冷却されたコイル及び冷却された導電性のウォールはコイル及びウォールのスパッタリングを低減せしめる。リモートプラズマソースの導電性のウォール及びコイルは、リモートプラズマソース内の接地された絶縁表面が最小化されるので、リモートプラズマソースのあり得る損失を低減する。これにより、リモートプラズマソースはより長寿命となる。

本発明の実施形態に基づいて説明されてきたが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本範囲を逸脱することなく考えられ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

上述された本発明の構成が詳細に理解されるように、上述のように短く要約された本発明のより特定の説明が実施形態を参照してなされ、それらのいくつかは添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを説明するものであり、その範囲を限定するものではなく、本発明は他の同等に効果的な実施形態をも含み得る。

本発明の一実施形態による処理装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態によるリモートプラズマソースの概略平面図である。

理解を容易にするために、同じ参照番号が可能な限り図面に共通な同一要素を示すために用いられている。一実施形態において開示される要素は他の実施形態において特定の引用なしに有用に用いられる。

Claims (1)

1. サセプタを内部に配置したプロセスチャンバと、
   ＲＦマッチングネットワークと、
   前記プロセスチャンバの外部に配置され、前記プロセスチャンバおよび前記ＲＦマッチングネットワークに結合されたリモートプラズマソースとを含み、
   前記リモートプラズマソースは、
   少なくとも１つの導電性のウォールと、前記少なくとも１つのウォール内に延びる少なくとも１つの冷却通路とを有するエンクロージャと、
   前記少なくとも１つの導電性のウォールに隣接する第１のウォールで前記エンクロージャに結合するガス供給口と、
   前記少なくとも１つの導電性のウォールに隣接し、前記第１のウォールに対向する第２のウォールで前記エンクロージャに結合するプラズマ排出口と、
   前記プラズマ排出口の周りに巻かれた冷却チューブと、
   前記エンクロージャを貫通して延び、前記第１のウォールの外側に配置された第１位置から、前記第２のウォールの外側の第２位置まで延びる、金属コイルを含み、前記金属コイルは、冷却流体供給口と排出口に結合され、前記ＲＦマッチングネットワークは、前記第１位置及び前記第２位置で前記金属コイルに結合され、前記エンクロージャ内で前記金属コイルの外側を前記冷却流体の方向とは反対方向に流れるガスからプラズマを点火し、前記金属コイルはＲＦ電流の貫通深さよりも厚い所要の厚さを有するプラズマ装置。

Images