JP5826353B2 - 半導体材料処理装置用の低粒子性能を有するシャワーヘッド電極及びシャワーヘッド電極アセンブリ - Google Patents
半導体材料処理装置用の低粒子性能を有するシャワーヘッド電極及びシャワーヘッド電極アセンブリ Download PDFInfo
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Description
本発明は、半導体材料処理装置用の低粒子性能を有するシャワーヘッド電極及び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、基板上の様々な材料のエッチング及び化学気相成長（ＣＶＤ）のために、またレジスト剥離のために、真空処理チャンバを備える半導体材料処理装置が使用される。これらの処理のいくつかは、このような処理チャンバ内で腐食性及び浸食性の処理ガスならびにプラズマを利用する。これらのチャンバ内で処理される基板の粒子及び／又は金属汚染を最小限度に抑えることが望ましい。したがって、このような装置の処理に曝されるコンポーネントは、低粒子性能を有していることが望ましい。
半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極の例示的な一実施形態は、上面、上面に設けられたガス注入口、及び、ガス注入口と流体連結する少なくとも１つのプレナムを含む底面を備える半導体材料の上部電極と、上部電極の底面に結合された上面、プラズマに曝される底面、及び、プレナムと流体連結する貫通する複数のガス孔を備える半導体材料の底部電極と、を具備する。
半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリの例示的な一実施形態は、底面、処理ガス供給部（processgas supply section）及び加熱ガス供給部（heating gas supply section）と流体連結するように構成された第１ガス流路、並びに、熱伝達ガス供給部（heattransfer gas supply section）と流体連結するように構成された第２ガス流路を備える上部プレートと、上部プレートから弾力的に吊り下げられたシャワーヘッド電極であって、第２ガス流路と流体連結するが第１ガス流路とは流体連結しない間隙により上部プレートの底面から間隔をあけて並ぶ上面、ガス孔を備えるプラズマに曝される底面、及び、第１ガス流路及びガス孔と流体連結するが第２ガス流路とは流体連結しないガスマニホールドを備えるシャワーヘッド電極と、を具備する。
シャワーヘッド電極を含むシャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法の例示的な一実施形態は、予熱された加熱ガスを加熱ガス供給部からシャワーヘッド電極アセンブリ内の第１ガス流路を介してシャワーヘッド電極へ供給してシャワーヘッド電極を加熱する工程と、シャワーヘッド電極への加熱ガスの供給を終了する工程と、処理ガスを処理ガス供給部から第１ガス流路を介してシャワーヘッド電極へ供給する工程と、処理ガスを活性化してプラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理する工程と、熱伝達ガスを熱伝達ガス供給部からシャワーヘッド電極アセンブリ内の第２ガス流路を介してシャワーヘッド電極アセンブリへ供給し、プラズ生成中にシャワーヘッド電極から熱を伝える工程とを含み、第１ガス流路は、第２ガス流路から流れが遮断されている(flow isolated)。
半導体材料プラズマ処理装置用のシャワーヘッド電極及びシャワーヘッド電極アセンブリ、並びに、シャワーヘッド電極アセンブリの実施形態を含むプラズマ処理チャンバ内の半導体材料を処理する方法について説明する。シャワーヘッド電極アセンブリは、電極温度制御機能に加え低粒子性能を提供する。シャワーヘッド電極アセンブリは、モジュール設計を採用している。シャワーヘッド電極アセンブリのいくつかの実施形態は、マルチゾーンガス注入機能を有する。
図１は、例えば直径２００ｍｍ又は３００ｍｍの半導体ウエハなどの半導体材料基板を処理するためのプラズマ処理装置の容量結合プラズマ処理チャンバ１０の例示的な一実施形態を示している。図に示されているように、シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、基板支持アセンブリ２２の上に設けられる。シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、上部プレート２１及びシャワーヘッド電極２４を備え、基板支持アセンブリ２２は、下側電極２６を備える。プラズマ処理チャンバ１０は、上部プレート２１内のガス流路３０を介してシャワーヘッド電極２４に処理ガスを供給するように構成された処理ガス供給源（process gas supply）２８を有する処理ガス供給部を備える。プラズマ処理の間、下側電極２６に電力が供給され、これにより、プラズマ処理チャンバ１０内に導入される処理ガスが活性化され、さらにプラズマが発生して基板支持アセンブリ２２の表面３４上で支持されている基板３２が処理される。図に示されているように、プラズマ処理チャンバの実施形態は、シャワーヘッド電極２４と基板支持アセンブリ２２との間に画定されたプラズマ閉じ込めゾーン３８内にプラズマを閉じ込めるように構成されたプラズマ閉じ込めリングアセンブリ３６を備える。
この実施形態では、シャワーヘッド電極２４は、底部電極４２に取り付けられた上部電極４０を備える。上部電極４０及び底部電極４２は、典型的には円板である。シャワーヘッド電極２４は、ブラケット４６によって上部プレート２１から吊り下げられ、上部電極４０の上面４８は、上部プレート２１の底面５０から離されている。ブラケット４６は、上部プレート２１及びシャワーヘッド電極２４に留めることができる。他の実施形態では、ブラケット４６は、上部プレート２１に留めることができるが、シャワーヘッド電極２４には取り付けることができず、シャワーヘッド電極２４はブラケット４６の上に載る。
この実施形態では、上部電極４０は、シャワーヘッド電極２４内に形成されたガスマニホールドと流体連結する単一のガス注入口５２を備える。ガスマニホールドは、上部電極４０の底面５４内に形成された少なくとも１つのプレナムを備える。複数のプレナムを備える実施形態では、プレナムは、互いに流体連結している。実施形態では、ガスマニホールドは、３つのプレナムを備える、つまり、好ましくは底面５４の中心部に配置されている第１プレナム５６、並びに、第１プレナム５６から半径方向に間隔をあけて並ぶ第２プレナム５８及び第３プレナム６０を備える。他の実施形態では、上部電極４０は、第１のプレナム５６を囲む、単一のプレナムのみ、又は、２つよりも多いプレナムを含み得る。図２に示されているように、第１プレナム５６は、円形であり、第２プレナム５８及び第３プレナム６０は、同心環状流路である。上部電極４０は、第１プレナム５６と第２プレナム５８との間を流体連結するための周上に間隔をあけて並ぶ放射状ガス流路６２と、第２プレナム５８と第３プレナム６０との間を流体連結するための周上に間隔をあけて並ぶ放射状ガス流路６４を備える。この実施形態では、放射状ガス流路６２、６４は、位置が揃えられている。ガス注入口５２、プレナム５６、５８、６０、及び放射状ガス流路６２、６４は、上部電極４０内で機械加工される。
第１プレナム５６、第２プレナム５８及び第３プレナム６０は、所望のガス圧力状態を作り出すのに好適な容積を有する。例えば、第２プレナム５８は、第１プレナム５６の容積よりも大きな容積を持つことができ、第３プレナム６０は、第２プレナム５８の容積よりも大きな容積を持つことができる。上部電極４０及び底部電極４２は、ほぼ同じ厚さ又は異なる厚さを持つことができる。
ガスマニホールドは、底部電極４２内のガス孔にガスを同時に供給するように構成されている。図１及び３に示されているように、底部電極４２は、その中を貫通し、同心円状に配列されたガス孔６６、６８、７０を備え、ガス孔６６、６８、７０のそれぞれのグループは複数の周上に間隔をあけて並ぶガス孔を備える。ガス孔６６は、第１プレナム５６と流体連結し、ガス孔６８の２つのグループは、第２プレナム５８と流体連結し、ガス孔７０の２つのグループは、第３プレナム６０と流体連結する。他の実施形態では、底部電極４２は、第２プレナム５８及び／又は第３のプレナム６０とそれぞれ流体連結しているガス孔６８、７０の単一のグループ、又は２つよりも多いグループを備えることができる。この実施形態では、プレナム５６、５８、６０は、ガス流ゾーンを形成する。他の実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、複数のガス流ゾーン、例えば、少なくとも１つの内側ガス流ゾーン及び内側ガス流ゾーンを囲む外側ガス流ゾーンを備えることができる。例えば、内側ガス流ゾーンは、シャワーヘッド電極の特定の半径に制限され、また外側ガス流ゾーンは、シャワーヘッド電極の隣接する放射状部分の内側ガス流ゾーンを繰り返すことができる。複数のガス流ゾーンにより、基板３２の中心部分と周縁（又は中間範囲）部分との間のガス流制御を独立に行うことができる。
上部電極４０及び底部電極４２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＣ、ＳｉＮ、及び同様のものなどの好適な半導体材料から構成されうる。上部電極４０及び底部電極は、異なる材料で構成されうる。高純度単結晶シリコンは、プラズマ処理中に、基板の汚染を最小限に抑え、さらに、磨耗を滑らかにし、したがって粒子が最小限に抑えられる。好ましくは、上部電極４０及び底部電極４２は、互いに接合された単結晶シリコンからなり、互いに拡散接合される。好ましくは、上部電極４０と底部電極４２との間に、シリコン又は酸化ケイ素以外の異種接合材料は使用されない。したがって、拡散接合シャワーヘッド電極は、そのような他の異種接合材料を使用することに比べウエハ汚染の低減に関して有利である。
この実施形態では、上部プレート２１は、その温度を制御するために好ましくは液冷される。例えば、上部プレート２１は、図１に示されているように、温度制御液体供給源(temperature-controlled liquid supply)７２と液体流路７３を介して流体連結する１つ又は複数の液体流路を備えることができる。冷却液、例えば、水は、通常約１７℃から約２０℃までの温度を有することができる。上部プレート２１は、好ましくは、内蔵ヒータを備えていない。
図１に示されているように、間隙７６（つまり、開放空間）は、上部プレート２１の底面５０と上部電極４０の上面４８との間に画定される。シャワーヘッド電極２４に到達したプラズマからのＲＦエネルギーは、上部プレート２１への間隙７６に亙ってシャワーヘッド電極２４に容量結合されようにでき、これはＲＦ接地となる。Ｏリング又は同様のものなどのシール７８、８０は、底面５０と上面４８との間に配置され、圧密ガスシールを形成する。シール７８は、処理ガス注入口５２から間隙を隔離し、シール８０は、プラズマ処理チャンバ１０の外側部分から間隙７６を隔離する。上部プレート２１と上部電極４０との間に、追加のシールを設けて、シャワーヘッド電極２４の複数処理ガスゾーン注入又は複数ゾーン温度制御を行うようにできる。処理ガスゾーン毎に１つの追加シールを配置することができる。
シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、上部プレート２１の底面５０と上部電極４０の上面４８との間に配置されるローラ８２を備える。ローラ８２は、間隙７６の予めセットされた高さを維持し、シャワーヘッド電極アセンブリ２０の熱膨張に適応するために備えられている。ローラ８２は、上部プレート２１の底面５０内に形成された凹部内に据え付けられる。例えば、それぞれの凹部内に受け入れられる３つ以上のローラ８２は、円状に配列されうる。ローラ８２は、好ましくは、球形であり、これは、シャワーヘッド電極アセンブリ２０の熱膨張の間、上部プレート２１及び上部電極４０との摩擦接触が最小になるように回転しうる。
ローラ８２は、ステンレススチールなどの金属、セラミック、及びポリテトラフルオロエチレンなどのポリマーを含む任意の好適な材料を含むことができる。金属ローラ８２を備える実施形態では、上部プレート２１と金属ローラとの間の電気的接触を防ぐために電気絶縁体を凹部内に設けることがいくつかの用途では望ましいことがある。
上部プレート２１の底面５０と上部電極４０の上面４８との間の間隙７６は、好ましくは、約５０μｍから約１００μｍなど、約２５μｍから約１５０μｍまでの高さを有する。底面５０及び上面４８は、好ましくは非常に滑らかかつ平らであって、間隙全体にわたって放射状に間隙７６の一定の高さを維持する。
この実施形態では、シャワーヘッド電極２４は、ブラケット４６によって上部プレート２１から弾力的に吊り下げられている。図１に示されている例示的なＬ字型支持ブラケット４６は、シャワーヘッド電極２４の底部電極４２が載る底部８４を備える。好ましくは、支持ブラケット４６の底部８４のみが、シャワーヘッド電極２４に接触する。支持ブラケット４６は、支持ブラケット４６と上部プレート２１との間の摩擦作用を最小限に抑えつつシャワーヘッド電極アセンブリ２０の熱膨張及び／又は収縮に適応する十分な薄さと弾力性を有する材料を含む。このような熱膨張及び／又は収縮の間、ブラケット４６は横方向（つまり、半径方向）に曲がりうる。例えば、支持ブラケット４６は、上部プレート２１とシャワーヘッド電極２４との間の直流伝導をもたらしうる、金属材料を含むことができる。ブラケットによるチャンバの汚染の可能性を最小限に抑えるために、ブラケットの（１つ又は複数の）プラズマに曝される表面を、石英、イットリア、シリコン、炭化ケイ素、アルミナ、又はポリマー材料などの耐食性及び耐摩耗性を有し、さらには汚染をもたらさない（contamination-neutral）材料でコーティングすることができる。
この実施形態では、シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、プラズマがＯＦＦ状態のとき（例えば、ツールが働いていない（idle）状態でウエハが輸送されている期間）及びウエハ処理中のプラズマがＯＮ状態のときにシャワーヘッド電極２４の温度を制御するためにシャワーヘッド電極２４を加熱したり、又は冷却したりするための要素と組み合わせて使用されるように適合される。加熱及び冷却要素は、シャワーヘッド電極２４から空間的に隔てられ、これらの機能とシャワーヘッド電極２４とが物理的に接触しないようにしている。シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、シャワーヘッド電極２４と物理的に接触する熱制御デバイス（例えば、抵抗加熱装置又は高温冷却装置）を備えない。加熱及び冷却要素をシャワーヘッド電極アセンブリ２０内のシャワーヘッド電極２４から空間的に隔てることで、加熱及び冷却要素とシャワーヘッド電極２４との間の、滑り接触などの物理的接触により粒子汚染が引き起こされる可能性がなくなる。
この実施形態では、熱伝達ガス供給源(heat transfer gas supply)８６を備える熱伝達ガス供給部は、ガス管路８８及び上部プレート２１内のガス流路９０を介して上部プレート２１と上部電極４０との間に画定される間隙７６と流体連結するように設けられる。シャワーヘッド電極２４は、プラズマを生成するために高い電力レベルが使用されたときにプラズマ処理中に約１６０℃から約１７０℃までの高い温度に達しうる。熱伝達ガス供給部は、熱伝達ガスを熱伝達ガス供給源８６から供給して間隙７６を満たすように動作可能である。熱伝達ガスは、上部プレート２１の底面５０、上部電極４０の上面４８及びシール７８、８０の間に画定された領域内の間隙７６内に閉じ込められる。熱伝達ガスは、好ましくはヘリウムであり、ヘリウムは、熱を伝達する高い移動度を有する。熱は、底部電極４２から上部電極４０に、そして熱伝達ガスに伝導され、底部電極４２の温度を制御する。好ましくは、熱伝達ガスは、プラズマ処理チャンバ１０内でプラズマがＯＮ状態にあるときのみ間隙７６内に供給され、シャワーヘッド電極２４から熱を伝達してプラズマの加熱効果を相殺し、プラズマがＯＦＦ状態のときに間隙７６から熱伝達ガスが排出される。
間隙７６から熱伝達ガスを排出するために、熱伝達ガス供給部は、ガス流路９０及びガス管路８８を介して間隙７６から熱伝達ガスを排出するようにガス管路８８に沿って設けられた弁９２及び真空ポンプ９４を備える。
図１に示されているように、この実施形態では、加熱ガス供給源(heating gassupply)９６を備える加熱ガス供給部は、さらに、ガス管路９８及び上部プレート２１内のガス流路３０を介してシャワーヘッド電極２４と流体連結するように設けられる。加熱ガス供給部は、シャワーヘッド電極２４に供給される前に加熱ガスを所望の温度に予熱するようにガス管路９８に沿って設けられているヒータ１００を備える。ヒータ１００は、プラズマ処理チャンバ１０の真空及びＲＦリターン経路の外に配置される。加熱ガスは、十分に高い温度、例えば、約１００℃から約５００℃に予熱され、十分に高い流量、例えば、少なくとも約２０００ｓｃｃｍで供給され、シャワーヘッド電極を所望の温度に加熱する。加熱ガスは、好ましくは、高い比熱を有し、Ｃ４Ｆ８、窒素、又は同様の物質とすることができる。加熱ガスは、加熱ガス供給源９６からガス管路９８及びガス流路３０を介して第１プレナム５６に供給され、放射状ガス流路６２、６４を介して第２プレナム５８及び第３プレナム６０に分配され、そこから底部電極４２内のガス孔６６、６８、７０に分配される。加熱ガスは、シャワーヘッド電極２４を加熱してその温度を制御する効果を持つ。
好ましくは、加熱ガスは、プラズマがＯＦＦ状態のときのみシャワーヘッド電極２４を加熱するように供給される。加熱ガスの供給は、生産ウエハが処理される前に停止される。加熱ガス供給部は、適宜、さらに、処理ガス供給源２８からシャワーヘッド電極２４に処理ガスを供給する前にガス流路３０から加熱ガスを排出するようにガス管路９８に沿って設けられている弁１０２及び真空ポンプ１０４を備える。他の実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０内の真空ポンプは、処理の開始前に加熱ガスを排出するように動作することが可能である。
プラズマ処理動作の前及びプラズマ処理動作中の処理ガス供給源２８、加熱ガス供給源９６、ヒータ１００、弁１０２、真空ポンプ１０４、熱伝達ガス供給源８６、弁９２、及び真空ポンプ９４の動作はこれらの要素に接続されている制御部によって制御され、シャワーヘッド電極２４との間の処理ガス、加熱ガス、及び熱伝達ガスの供給及び除去を効率的に行うことができる。
シャワーヘッド電極アセンブリ１０は、適宜、シャワーヘッド電極２４の温度を監視するための温度感知機能を備えることができる。例えば、非接触フォトルミネッセンスに基づく温度フィードバックを使用することができる。このような温度感知機能は、Ｏリングなどの追加のシールに収納されうる。
この実施形態では、閉じ込めリングアセンブリ３６は、同心円状配列で、取り付けリング１０６と、吊り金物１１０によって取り付けリング１０６から吊り下げられているプラズマ閉じ込めリング１０８とを備える。取り付けリング１０６及びプラズマ閉じ込めリング１０８は、閉じ込めリングのうち隣接するもの同士の間のガス流路のサイズの調整を行えるように垂直方向に移動可能なものとすることができる。アセンブリのプラズマ閉じ込めリングの個数は、図に示されている４つには限定されず、それとは別に、４つより少ないリング、例えば３つのリング、又は、４つより多いリング、例えば、５、６、もしくはそれ以上の個数のリングを使用できる。取り付けリング１０６及びプラズマ閉じ込めリング１０８は、好適な誘電体で構成される。絶縁体は、例えば、石英、溶融シリカ、窒化ケイ素、アルミナ、又はプラスチック材料とすることができる。
プラズマ処理チャンバ１０内で使用されうる例示的なプラズマ閉じ込めリングアセンブリは、本願の出願人が所有する米国特許第５，５３４，７５１号、米国特許第５，９９８，９３２号、米国特許第６，０１９，０６０号、米国特許第６，１７８，９１９号、米国特許第６，５２７，９１１号、及び米国特許出願第２００６／０２０７５０２号において開示されており、それらは参照により本明細書に組み込まれている。
図１に示されている実施形態では、シャワーヘッド電極２４は、ブラケット４６と底部電極４２との間の接触面から脱離しうるポリマー薄片又は粒子が基板３２上に載らず、基板３２の領域の外部に落ちて基板３２の汚染を回避できるように基板３２の直径よりもかなり大きい外径を有する。好ましくは、シャワーヘッド電極２４の直径は、基板３２の直径を、約３インチ（約７５ｍｍ）など、少なくとも約２インチ（約５０ｍｍ）だけ超える。例示的な一実施形態では、シャワーヘッド電極２４は、直径３００ｍｍ（約１２インチ）の基板を処理するために約１５インチ（約３８０ｍｍ）の外径を有する。しかし、シャワーヘッド電極２４のサイズは、他のウエハサイズ、又は非円形の形状を有する様々なサイズの基板を処理するように変えることができる。
図１に示されているように、シャワーヘッド電極アセンブリ２０は、基板支持アセンブリ２２の下側電極２６によって供給される電力用のリターン経路を形成するように電気的に接地することができる。下側電極２６は、静電クランプ力によって上面３４上に基板３２を固定するように動作可能な静電チャックとすることができる。一実施形態では、シャワーヘッド電極２４は接地され、１つ、２つ、又はそれ以上の周波数の電力が、下側電極２６に印加され、プラズマ処理チャンバ１０内でプラズマを生成する。例えば、下側電極２６は、２つの独立して制御されるＲＦ電源１１４、１１６によって２ＭＨｚ及び２７ＭＨｚの周波数の電力を供給されうる。基板３２が処理された後、下側電極２６への電力の供給は、遮断され、プラズマの生成は停止される。
例示的な一実施形態では、プラズマは、第１の基板３２を（例えば、エッチングによって）処理するためにプラズマ処理チャンバ１０内で生成される。基板３２のプラズマ処理中に、処理ガスが処理ガス供給源２８からガス管路１１８及び上部プレート２１内のガス流路３０を介してシャワーヘッド電極２４に供給される。弁及びポンプの設置は、プラズマがＯＦＦ状態のときにガス流路３０からポンプで処理ガスを送り出すようにガス管路１１８に沿って行うことができる。処理ガスは、シャワーヘッド電極２４内のガスマニホールドによってガス孔６６、６８、７０に分配され、プラズマ処理チャンバ１０のプラズマ閉じ込めゾーン３８内に注入される。
プラズマ処理中に、熱伝達ガスは、さらに、熱伝達ガス供給部８６からガス管路８８及び上部プレート２１内のガス流路９０を介して間隙７６内に供給され、これにより、シャワーヘッド電極２４を冷却する。
第１の基板３２が処理された後、下側電極２６への電力の供給は、遮断され、プラズマの生成は停止される。処理された基板は、プラズマ処理チャンバ１０から取り出される。プラズマがＯＦＦ状態のときに、ポンプ９４を作動させることにより熱伝達ガスが間隙７６から排出される。次いで、加熱ガスが、加熱ガス供給源９６からガス管路９８及び上部プレート２１内のガス流路３０を介してシャワーヘッド電極２４に供給される。加熱ガスは、プラズマがＯＦＦ状態のときシャワーヘッド電極２４を最低温度よりも高い温度に維持する効果を有する。シャワーヘッド電極２４の温度は、好ましくは、生産ウエハ処理中に「第１のウエハ効果」が最低限に抑えられ、基板がより一様に処理されるように連続基板処理工程の間、ほぼ一定温度に維持され、これにより歩留まりが改善される。
次に、第２の基板３２が、プラズマ処理のため基板支持アセンブリ２２上に配置される。加熱ガス供給源９６からの加熱ガスの供給は、基板３２が処理される前に停止される。処理ガスを処理ガス供給源２８からシャワーヘッド電極２４に供給する前に、ガス流路３０から加熱ガスを排出するために、ポンプ１０４が作動される。再び電力が下側電極２６に供給され、プラズマ処理チャンバ１０内でプラズマを生成する。プラズマの生成が再始動された後、熱伝達ガスが再び熱伝達ガス供給源８６から間隙７６に供給される。
本発明は、特定の実施形態に関して詳述されているが、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、また均等物を使用できることは当業者には明らかであろう。
適用例１：半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極であって、上面と、前記上面及び底面に設置されたガス注入口と、前記ガス注入口と流体連結する少なくとも１つのプレナムを備える前記底面と、を備える半導体材料の上部電極と、前記上部電極の前記底面に結合された上面と、プラズマに曝される底面と、前記プレナムと流体連結する複数のガス孔と、を備える半導体材料の底部電極と、を備える、ことを特徴とするシャワーヘッド電極。
適用例２：前記上部電極及び前記底部電極は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＣ又はＳｉＮを含む、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例３：前記上部電極及び前記底部電極はそれぞれ単結晶シリコンを含み、前記底部電極の前記上面は、前記上部電極の前記底面に拡散接合され、シリコン又は酸化ケイ素のみが、前記上部電極の前記底面と前記底部電極の前記上面との間にある、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例４：前記上部電極の前記底面は、第１プレナムと、前記第１プレナムから半径方向外側に間隔をあけて設置され、放射状の第１ガス流路を介して前記第１プレナムと流体連結する第２プレナムと、を少なくとも含む複数のプレナムを備え、前記底部電極は、前記第１プレナムと流体連結する第１ガス孔と前記第２プレナムと流体連結する第２ガス孔とを含む、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例５：前記第２プレナムから半径方向外側に間隔をあけて設置され、放射状の第２ガス流路を介して前記第２プレナムと流体連結し、かつ、前記第１プレナムとも流体連結する第３プレナムと、前記第３プレナムと流体連結する、前記底部電極内の第３ガス孔と、をさらに備え、前記第２プレナム及び前記第３プレナムは、前記上部電極の前記底面内の環状流路である、ことを特徴とする適用例４に記載のシャワーヘッド電極。
適用例６：半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリであって、底面と、処理ガス供給部及び加熱ガス供給部と流体連結するように構成された第１ガス流路と、熱伝達ガス供給部と流体連結するように構成された第２ガス流路と、を含む上部プレートと、前記上部プレートから弾力的に吊り下げられている半導体材料のシャワーヘッド電極と、を備え、前記シャワーヘッド電極は、前記第２流路と流体連結するが前記第１流路とは流体連結しない間隙により前記上部プレートの前記底面から間隔をあけて設置された上面と、ガス孔を含むプラズマに曝される底面と、前記第１ガス流路及び前記ガス孔と流体連結するが前記第２ガス流路とは流体連結しないガスマニホールドと、を備える、ことを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例７：前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との間に配置された少なくとも２つの半径方向に間隔をあけて設置されたシールをさらに備え、前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面と前記シールとは、前記第１ガス流路及び前記ガス注入口との流れを遮断する前記間隙を画定する、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例８：前記間隙は、当該間隙全体にわたって放射状に約２５μｍから約１５０μｍの範囲の一定の高さを有する、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例９：前記間隙内に配置された少なくとも３つのローラをさらに備え、前記ローラは、前記間隙の前記一定の高さを維持し、前記シャワーヘッドアセンブリの熱膨張時に前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との摩擦接触を最小限に抑える、ことを特徴とする適用例７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１０：前記シャワーヘッド電極は、前記シャワーヘッド電極アセンブリの熱膨張及び収縮の少なくともいずれかに適応するように半径方向に弾力的な少なくとも２つの支持ブラケットによって前記上部プレートから弾力的に吊り下げられる、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１１：前記支持ブラケットは、少なくとも１つのプラズマに曝される表面と、前記プラズマに曝される表面上のコーティングとを備え、前記コーティングは、耐食性、耐摩耗性かつ汚染をもたらさない材料を含む、ことを特徴とする適用例１０に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１２：前記シャワーヘッド電極は、前記底部電極に接合された上部電極を備える、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１３：前記上部電極及び前記底部電極は、互いに拡散接合され、シリコン及び随意の酸化ケイ素からなる、ことを特徴とする適用例１２に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１４：プラズマ処理チャンバであって、適用例６に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリと、前記第１ガス流路と流体連結する前記処理ガス供給部と、前記第１ガス流路と流体連結し、前記第１ガス流路に加熱ガスを供給し、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように構成されている前記加熱ガス供給部と、前記第２ガス流路と流体連結し、熱伝達ガスを前記間隙へ供給し、随意に前記熱伝達ガスを前記間隙から排出するように構成されている前記熱伝達ガス供給部と、を備える、ことを特徴とするプラズマ処理チャンバ。
適用例１５：前記加熱ガス供給部は、前記第１ガス流路と流体連結する第１ガス管路と流体連結する加熱ガス供給源と、前記加熱ガスを予熱するために前記第１ガス管路に沿って設置されているヒータと、前記第１ガス管路に沿って設置され、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように動作可能な第１ポンプと流体連結する随意の第１弁とを備え、前記熱伝達ガス供給部は、前記第２ガス流路と流体連結する第２ガス管路と流体連結する熱伝達ガス供給源と、前記第２ガス管路に沿って設置され、前記間隙から前記熱伝達ガスを排出するように動作可能な第２ポンプと流体連結する第２弁とを備える、ことを特徴とする適用例１４に記載のプラズマ処理チャンバ。
適用例１６：前記シャワーヘッド電極から間隔をあけて設置され、基板を支持するように構成された支持表面を含む基板支持アセンブリと、前記シャワーヘッド電極の前記底面と前記支持表面との間でプラズマ閉じ込めゾーンを画定するように設けられた閉じ込めリングアセンブリと、をさらに備える、ことを特徴とする適用例１４に記載のプラズマ処理チャンバ。
適用例１７：適用例６に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、前記加熱ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に予熱された加熱ガスを供給して前記シャワーヘッド電極を加熱する工程と、前記加熱ガスを前記第１ガス流路に供給することを終了する工程と、前記処理ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に前記処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを活性化して前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させて、前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理する工程と、前記プラズマの生成の間、前記熱伝達ガス供給部から前記第２ガス流路を介して前記間隙に前記熱伝達ガスを供給して前記シャワーヘッド電極から熱を伝達する工程と、を含むことを特徴とする方法。
適用例１８：前記予熱された加熱ガスは、約１００℃から約５００℃までの温度を有し、前記シャワーヘッド電極は、前記基板の直径より少なくとも約５０ｍｍ大きい直径を有する、ことを特徴とする適用例１７に記載の方法。
適用例１９：シャワーヘッド電極を含むシャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、加熱ガス供給部から前記シャワーヘッド電極アセンブリ内の第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に予熱された加熱ガスを供給して前記シャワーヘッド電極を加熱する工程と、前記加熱ガスを前記シャワーヘッド電極に供給することを終了する工程と、処理ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に処理ガスを供給する工程と、前記処理を活性化して前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させて、前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理する工程と、前記プラズマの生成の間、熱伝達ガス供給部から前記シャワーヘッド電極アセンブリ内の第２ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極アセンブリに熱伝達ガスを供給して前記シャワーヘッド電極から熱を伝達する工程と、を含み、前記第１ガス流路は前記第２ガス流路から流れが遮断されている、ことを特徴とする方法。
適用例２０：前記予熱された加熱ガスは、約１００℃から約５００℃までの温度を有し、前記シャワーヘッド電極は、前記基板の直径より少なくとも約５０ｍｍ大きい直径を有する、ことを特徴とする適用例１９に記載の方法。
適用例１：半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極であって、上面と、前記上面及び底面に設置されたガス注入口と、前記ガス注入口と流体連結する少なくとも１つのプレナムを備える前記底面と、を備える半導体材料の上部電極と、前記上部電極の前記底面に結合された上面と、プラズマに曝される底面と、前記プレナムと流体連結する複数のガス孔と、を備える半導体材料の底部電極と、を備える、ことを特徴とするシャワーヘッド電極。
適用例２：前記上部電極及び前記底部電極は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＣ又はＳｉＮを含む、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例３：前記上部電極及び前記底部電極はそれぞれ単結晶シリコンを含み、前記底部電極の前記上面は、前記上部電極の前記底面に拡散接合され、シリコン又は酸化ケイ素のみが、前記上部電極の前記底面と前記底部電極の前記上面との間にある、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例４：前記上部電極の前記底面は、第１プレナムと、前記第１プレナムから半径方向外側に間隔をあけて設置され、放射状の第１ガス流路を介して前記第１プレナムと流体連結する第２プレナムと、を少なくとも含む複数のプレナムを備え、前記底部電極は、前記第１プレナムと流体連結する第１ガス孔と前記第２プレナムと流体連結する第２ガス孔とを含む、ことを特徴とする適用例１に記載のシャワーヘッド電極。
適用例５：前記第２プレナムから半径方向外側に間隔をあけて設置され、放射状の第２ガス流路を介して前記第２プレナムと流体連結し、かつ、前記第１プレナムとも流体連結する第３プレナムと、前記第３プレナムと流体連結する、前記底部電極内の第３ガス孔と、をさらに備え、前記第２プレナム及び前記第３プレナムは、前記上部電極の前記底面内の環状流路である、ことを特徴とする適用例４に記載のシャワーヘッド電極。
適用例６：半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリであって、底面と、処理ガス供給部及び加熱ガス供給部と流体連結するように構成された第１ガス流路と、熱伝達ガス供給部と流体連結するように構成された第２ガス流路と、を含む上部プレートと、前記上部プレートから弾力的に吊り下げられている半導体材料のシャワーヘッド電極と、を備え、前記シャワーヘッド電極は、前記第２流路と流体連結するが前記第１流路とは流体連結しない間隙により前記上部プレートの前記底面から間隔をあけて設置された上面と、ガス孔を含むプラズマに曝される底面と、前記第１ガス流路及び前記ガス孔と流体連結するが前記第２ガス流路とは流体連結しないガスマニホールドと、を備える、ことを特徴とするシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例７：前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との間に配置された少なくとも２つの半径方向に間隔をあけて設置されたシールをさらに備え、前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面と前記シールとは、前記第１ガス流路及び前記ガス注入口との流れを遮断する前記間隙を画定する、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例８：前記間隙は、当該間隙全体にわたって放射状に約２５μｍから約１５０μｍの範囲の一定の高さを有する、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例９：前記間隙内に配置された少なくとも３つのローラをさらに備え、前記ローラは、前記間隙の前記一定の高さを維持し、前記シャワーヘッドアセンブリの熱膨張時に前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との摩擦接触を最小限に抑える、ことを特徴とする適用例７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１０：前記シャワーヘッド電極は、前記シャワーヘッド電極アセンブリの熱膨張及び収縮の少なくともいずれかに適応するように半径方向に弾力的な少なくとも２つの支持ブラケットによって前記上部プレートから弾力的に吊り下げられる、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１１：前記支持ブラケットは、少なくとも１つのプラズマに曝される表面と、前記プラズマに曝される表面上のコーティングとを備え、前記コーティングは、耐食性、耐摩耗性かつ汚染をもたらさない材料を含む、ことを特徴とする適用例１０に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１２：前記シャワーヘッド電極は、前記底部電極に接合された上部電極を備える、ことを特徴とする適用例６に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１３：前記上部電極及び前記底部電極は、互いに拡散接合され、シリコン及び随意の酸化ケイ素からなる、ことを特徴とする適用例１２に記載のシャワーヘッド電極アセンブリ。
適用例１４：プラズマ処理チャンバであって、適用例６に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリと、前記第１ガス流路と流体連結する前記処理ガス供給部と、前記第１ガス流路と流体連結し、前記第１ガス流路に加熱ガスを供給し、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように構成されている前記加熱ガス供給部と、前記第２ガス流路と流体連結し、熱伝達ガスを前記間隙へ供給し、随意に前記熱伝達ガスを前記間隙から排出するように構成されている前記熱伝達ガス供給部と、を備える、ことを特徴とするプラズマ処理チャンバ。
適用例１５：前記加熱ガス供給部は、前記第１ガス流路と流体連結する第１ガス管路と流体連結する加熱ガス供給源と、前記加熱ガスを予熱するために前記第１ガス管路に沿って設置されているヒータと、前記第１ガス管路に沿って設置され、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように動作可能な第１ポンプと流体連結する随意の第１弁とを備え、前記熱伝達ガス供給部は、前記第２ガス流路と流体連結する第２ガス管路と流体連結する熱伝達ガス供給源と、前記第２ガス管路に沿って設置され、前記間隙から前記熱伝達ガスを排出するように動作可能な第２ポンプと流体連結する第２弁とを備える、ことを特徴とする適用例１４に記載のプラズマ処理チャンバ。
適用例１６：前記シャワーヘッド電極から間隔をあけて設置され、基板を支持するように構成された支持表面を含む基板支持アセンブリと、前記シャワーヘッド電極の前記底面と前記支持表面との間でプラズマ閉じ込めゾーンを画定するように設けられた閉じ込めリングアセンブリと、をさらに備える、ことを特徴とする適用例１４に記載のプラズマ処理チャンバ。
適用例１７：適用例６に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、前記加熱ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に予熱された加熱ガスを供給して前記シャワーヘッド電極を加熱する工程と、前記加熱ガスを前記第１ガス流路に供給することを終了する工程と、前記処理ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に前記処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを活性化して前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させて、前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理する工程と、前記プラズマの生成の間、前記熱伝達ガス供給部から前記第２ガス流路を介して前記間隙に前記熱伝達ガスを供給して前記シャワーヘッド電極から熱を伝達する工程と、を含むことを特徴とする方法。
適用例１８：前記予熱された加熱ガスは、約１００℃から約５００℃までの温度を有し、前記シャワーヘッド電極は、前記基板の直径より少なくとも約５０ｍｍ大きい直径を有する、ことを特徴とする適用例１７に記載の方法。
適用例１９：シャワーヘッド電極を含むシャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、加熱ガス供給部から前記シャワーヘッド電極アセンブリ内の第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に予熱された加熱ガスを供給して前記シャワーヘッド電極を加熱する工程と、前記加熱ガスを前記シャワーヘッド電極に供給することを終了する工程と、処理ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に処理ガスを供給する工程と、前記処理を活性化して前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させて、前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理する工程と、前記プラズマの生成の間、熱伝達ガス供給部から前記シャワーヘッド電極アセンブリ内の第２ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極アセンブリに熱伝達ガスを供給して前記シャワーヘッド電極から熱を伝達する工程と、を含み、前記第１ガス流路は前記第２ガス流路から流れが遮断されている、ことを特徴とする方法。
適用例２０：前記予熱された加熱ガスは、約１００℃から約５００℃までの温度を有し、前記シャワーヘッド電極は、前記基板の直径より少なくとも約５０ｍｍ大きい直径を有する、ことを特徴とする適用例１９に記載の方法。
Claims (13)
- 半導体材料処理装置用のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
底面と、処理ガス供給部及び加熱ガス供給部と流体連結するように構成されている第１ガス流路と、熱伝達ガス供給部と流体連結するように構成されている第２ガス流路と、を含む上部プレートと、
前記上部プレートとは別個の半導体材料のシャワーヘッド電極と、
を備え、
前記シャワーヘッド電極は、前記上部プレートから弾力的に吊り下げられ、上部電極及び底部電極と、前記第２ガス流路と流体連結するが前記第１ガス流路とは流体連結しない間隙により全面が前記上部プレートの前記底面から間隔をあけて設置されている上面と、ガス孔を含むプラズマに曝される底面と、前記第１ガス流路及び前記ガス孔と流体連結するが前記第２ガス流路とは流体連結しないガスマニホールドと、を備える、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において、さらに、前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との間に配置されている少なくとも２つの半径方向に間隔をあけて設置されているシールを備え、
前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面と前記シールとは、前記第１ガス流路及び前記上部電極の上面と底面とに配置されたガス注入口とは流れが分離されている前記間隙を画定する、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において、前記間隙は、その全体にわたって放射状に２５μｍから１５０μｍの範囲の一定の高さを有する、シャワーヘッド電極アセンブリ。
- 請求項３に記載のシャワーヘッド電極アセンブリにおいて、さらに、前記間隙内に配置されている少なくとも３つのローラを備え、
前記ローラは、前記間隙の前記一定の高さを維持し、前記シャワーヘッド電極アセンブリの熱膨張時に前記上部プレートの前記底面と前記シャワーヘッド電極の前記上面との摩擦接触を最小限に抑える、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において、前記シャワーヘッド電極は、前記シャワーヘッド電極アセンブリの熱膨張及び収縮の少なくともいずれかに適応するように半径方向に弾力的な少なくとも２つの支持ブラケットによって前記上部プレートから弾力的に吊り下げられている、シャワーヘッド電極アセンブリ。
- 請求項５に記載のシャワーヘッド電極アセンブリにおいて、前記支持ブラケットは、少なくとも１つのプラズマに曝される表面と、前記プラズマに曝される表面上のコーティングとを備え、
前記コーティングは、耐食性、耐摩耗性かつ汚染をもたらさない材料を含む、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において、前記シャワーヘッド電極は、前記底部電極に接合されている上部電極を備える、シャワーヘッド電極アセンブリ。
- 請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリにおいて、前記上部電極及び前記底部電極は、互いに拡散接合され、シリコン及び随意の酸化ケイ素からなる、シャワーヘッド電極アセンブリ。
- プラズマ処理チャンバであって、
請求項１に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリと、
前記第１ガス流路と流体連結する前記処理ガス供給部と、
前記第１ガス流路と流体連結し、前記第１ガス流路に加熱ガスを供給し、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように構成されている前記加熱ガス供給部と、
前記第２ガス流路と流体連結し、熱伝達ガスを前記間隙へ供給し、随意に前記熱伝達ガスを前記間隙から排出するように構成されている前記熱伝達ガス供給部と、
を備える、プラズマ処理チャンバ。 - 請求項９に記載のプラズマ処理チャンバにおいて、前記加熱ガス供給部は、前記第１ガス流路と流体連結する第１ガス管路と流体連結する加熱ガス供給源と、前記加熱ガスを予熱するために前記第１ガス管路に沿って設置されているヒータと、前記第１ガス管路に沿って設置され、前記第１ガス流路から前記加熱ガスを排出するように動作可能な第１ポンプと流体連結する随意の第１弁とを備え、
前記熱伝達ガス供給部は、前記第２ガス流路と流体連結する第２ガス管路と流体連結する熱伝達ガス供給源と、前記第２ガス管路に沿って設置され、前記間隙から前記熱伝達ガスを排出するように動作可能な第２ポンプと流体連結する第２弁とを備える、プラズマ処理チャンバ。 - 請求項９に記載のプラズマ処理チャンバにおいて、さらに、前記シャワーヘッド電極から間隔をあけて設置され、基板を支持するように構成されている支持表面を含む基板支持アセンブリと、
前記シャワーヘッド電極の前記底面と前記支持表面との間でプラズマ閉じ込めゾーンを画定するように設けられた閉じ込めリングアセンブリと、
を備える、プラズマ処理チャンバ。 - 請求項１に記載の前記シャワーヘッド電極アセンブリを備えるプラズマ処理チャンバ内において半導体基板を処理する方法であって、
前記加熱ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に対して予熱された加熱ガスを供給して前記シャワーヘッド電極を加熱し、
前記加熱ガスを前記第１ガス流路に供給することを終了し、
前記処理ガス供給部から前記第１ガス流路を介して前記シャワーヘッド電極に前記処理ガスを供給し、
前記処理ガスを活性化して前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させて、前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部材上に配置されている基板をプラズマ処理し、
前記プラズマの生成の間、前記シャワーヘッド電極から熱を伝達するために、前記熱伝達ガス供給部から前記第２ガス流路を介して前記間隙に前記熱伝達ガスを供給すること、
を備える方法。 - 請求項１２に記載の方法において、前記予熱された加熱ガスは、１００℃から５００℃までの温度を有し、
前記シャワーヘッド電極は、前記基板の直径より少なくとも５０ｍｍ大きい直径を有する、方法。
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