JP6097471B2 - 環状のバッフル - Google Patents

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Description

発明の背景
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概ね、エッチングチャンバ内でプラズマを閉じ込めるためのバッフルアセンブリに関する。
（関連技術の説明）
電子機器の製造において、半導体基板をプラズマにより処理することは、誘電体のエッチング、金属のエッチング、化学蒸着（ＣＶＤ）及び他のプロセスにおいて用いられている。半導体の基板の処理において、特徴部分の大きさ及びラインの幅がますます小さくなる傾向の下、より正確に半導体基板上に材料をマスクし、エッチングし、若しくは、蒸着する能力が重要となってきている。
エッチングは、支持部材により支持される基板にかけて処理領域に供給される作用ガスに高周波（ＲＦ）パワーを印加することにより成し遂げられる。その結果、生成される電界により、プラズマになる作用ガスを活性化する反応ゾーンが、処理領域内に形成される。支持部材は、その上に支持される基板に向けてプラズマ内のイオンが引き付けられるようにバイアスされる。イオンは、基板に隣接するプラズマの境界層の方向に移動し、境界層を離れると加速する。この加速されたイオンは、基板の表面から物質を取り除く、若しくは、エッチングするように求められるエネルギーをもたらす。加速されたイオンはプロセスチャンバー内の他の部品をもエッチングすることができるので、基板上の処理領域内にプラズマを閉じ込めておくことは有益なことである。
閉じ込められていないプラズマはチャンバーの壁上にエッチングの副生成物（典型的には、ポリマー）をもたらし、チャンバーの壁を、さらにエッチングし得る。チャンバーの壁上のエッチングの副生成物の堆積はプロセスにドリフトせしめる。チャンバーの壁からのエッチングされた物質は再蒸着により基板を汚染し、及び／又は、チャンバーに対しパーティクルを生成せしめうる。更に、閉じ込められていないプラズマは、下流方向での領域でのエッチングの副生成物の堆積を引き起こし得る。堆積されたエッチングの副生成物は剥がれ落ちてパーティクルとなるかもしれない。
従って、プラズマチャンバーの内側の処理領域内にプラズマを閉じ込めるための改善されたバッフルアセンブリのための技術が必要となる。
エッチング装置のためのバッフルアセンブリが開示される。このバッフルアセンブリはリングと、フランジ部分と下側フレーム部分との間に延びる湾曲した壁を有する下側のバッフル部分とを含む。加熱アセンブリは、バッフルの温度を制御するために、下側のフレーム部分の中に存在するかもしれない。このバッフルアセンブリはチャンバーの処理空間内にプラズマを閉じ込めるのに役立つ。リングはシリコンカーバイドを含み、下側のバッフル部分はアルミニウムを含むかもしれない。
一実施形態において、バッフルアセンブリが開示される。バッフルアセンブリは、リングと、このリングに結合されたベース部分とを含むかもしれない。このベース部分は第１の直径を有するフランジと、この第１の直径より小さい第２の直径を有する下側のフレーム部分と、フランジと下側フレーム部分との間に形成される第１の壁とを含む。第１の壁は下側フレーム部分からフランジへと湾曲形状を呈している。
別の実施形態において、エッチングチャンバーのバッフルアセンブリに用いられるリングが開示される。このリングは第１の直径まで延びるトップウォールと、この第１の直径より大きい第２の直径を有する外側のウォールと、前記トップウォールと前記外側のウォールとの間に形成される第２のウォールとを含む。第２のウォールは、第１の直径のところのトップウォールから、第２の直径のところの外側ウォールへと湾曲する。
他の実施形態において、バッフルのベース部分が開示される。このベース部分は、第１の直径を有するフランジと、この第１の直径より小さい第２の直径を有する下側のフレーム部分と、フランジと下側のフレーム部分との間に形成される第１のウォールを含む。この第１のウォールは下側のフレーム部分からフランジへとカーブして形成されている。
別の実施形態において、バッフルアセンブリが開示される。このバッフルアセンブリは、リングと、このリングに結合されるベース部分とを含むかもしれない。このベース部分は第１の直径を有するフランジと、第１の直径より小さい第２の直径を有する下側フレーム部分と、フランジを支持するための支持部分と、加熱アセンブリとを含む。
別の実施形態において、バッフルのベース部分が開示される。このベース部分は第１の直径を有するフランジと、この第１の直径より小さい第２の直径を有する下側のフレーム部分と、フランジを支持するための支持部分と、加熱アセンブリとを含むかもしれない。
本発明の上記引用された特徴が詳細に理解されるように、上述に要約されるような、より特定的な本発明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説明されている。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、従って、この発明の範囲を制限するものではなく、本発明は他の同等に有効な実施形態も含みうる。
本発明の一実施形態のプラズマプロセスチャンバの概略図である。 本発明の一実施形態のバッフルアセンブリの断面図である。 図２ＡのＡの部分の断面図である。 図２ＢのＢの部分の断面図である。 本発明の一実施形態のリングの平面図である。 図３Ａのリングの断面図である。 〜 本発明の一実施形態の下側のバッフル部分の概略斜視図である。 図４ＡのＣの部分の断面図である。 図４Ｃの断面図である。 本発明の他の実施形態のバッフルアセンブリを示す図である。
理解を容易にするために、可能な限り、図に共通な同じ要素を指定するために同じ参照番号が用いられている。一実施形態に開示された要素は特定して引用されることなく、他の実施形態にも効果的に用いられうる。
詳細な説明
本発明はプラズマ処理装置内の処理領域内にプラズマを閉じ込めるためのバッフルアセンブリを含む。本発明はカリフォルニア州サンタクララ市のアプライド・マテリアルズ・社から市販されているイネーブラー（ＥＮＡＢＬＥＲ、商標名）エッチングシステムに関連して、以下に説明されるが、本発明は他の製造者により販売されているチャンバーを含む、物理的蒸着（ＰＶＤ）チャンバー、ＣＶＤチャンバーなどを含む他のプロセスチャンバーに用いられ得ることは理解されるべきである。
図１はカリフォルニア州サンタクララ市のアプライド・マテリアルズ社により製造されるイネーブラー（商標名）エッチングなどのプラズマリアクターの例を図示しており、このリアクターは半導体基板を支持するチャンバー１００の底のところに基板支持体（若しくは、ペデスタル）１０５を備えたリアクターチャンバー１００を含み、さらに、ウォールを保護するためのライナーを含むかもしれない。チャンバー１００の上部は、誘電体（石英）シール１３２により絶縁され、接地されたチャンバー本体１２７上の基板の上方で、所定間隔の距離だけ離れて支持される円盤状の上部アルミニウム電極１２５により、塞がれている。電源１５０は電極１２５に超高周波の電力（ＶＨＦ）を印加する。ＶＨＦは、典型的には、約３０ＭＨｚと約３００ＭＨｚとの間であり、約１０ｋＨｚから約１０ＧＨｚの間の範囲のＲＦバンドのうちの１つである。一実施形態において、ＶＨＦ電源の周波数は、３００ミリの直径の基板に対しては、１６２ＭＨｚである。電源１５０からのＶＨＦ電力は、電源１５０に対し整合がとられた、同軸ケーブル１６２により接続され、電極１２５に接続された同軸のスタブ１３５に結合される。スタブ１３５は特性インピーダンスと、共振周波数とを有し、電極１２５と同軸ケーブル１６２若しくはＶＨＦ電力源１５０との間のインピーダンス整合をもたらす。チャンバー本体はＶＨＦ電源１５０のＶＨＦの折り帰し点（ＶＨＦの接地）に接続されている。バイアス電力は、従来のインピーダンス整合回路１０４を介して基板支持体１０５に結合されるバイアス電力ＲＦ信号発生器１０２により基板に印加される。（代表的には１３．５６ＭＨｚの）バイアス発生器１０２の電力レベルは、代表的には、基板の表面近くのイオンエネルギーを制御するために用いられ、他方、ＶＨＦ電力はプラズマの密度を制御するために上部電極に印加される。真空ポンプシステム１１１はプレナム１１２を介してチャンバー１００を真空にする。
基板支持体１０５は、下側の絶縁層１０７を支持する金属ペデスタル層１０６と、この下側の絶縁層１０７に重なる電気的導電メッシュ層１０８と、この導電メッシュ層１０８をカバーする薄い上部の絶縁層１１０を含む。半導体のワークピース若しくは基板は、この上部の絶縁層１１０の上部に置かれる。基板支持体１０５及び基板は基板処理の間、カソードを形成する。もしこの基板が存在しなければ、基板支持体１０５がプラズマ処理の間、カソードである。この電気的に導電性のメッシュ層１０８及び金属のペデスタル層１０６はモリブデン及びアルミニウムなどの材料から形成されるかもしれない。絶縁層１０７及び１１０は窒化アルミニウム若しくはアルミナなどの材料から形成されるかもしれない。導電性のメッシュ層１０８は基板の表面のところでイオンボンバードメントエネルギーを制御するためのＲＦバイアス電圧を供給する。また、導電性のメッシュ１０８は基板を静電的にチャッキング若しくはデチャッキングするために用いられ、そのような場合、よく知られた態様によりチャッキング電源に接続されうる。従って、導電性のメッシュ１０８は、必ずしも接地されておらず、選択的に、従来のチャッキング及びデチャッキングの動作に従い、フローティング電位若しくは固定の直流電位を有し得る。基板支持体１０５は、特に金属製のペデスタル層１０６は、典型的には（必ず必要でもないが）接地されており、上部電極１２５により放射されるＶＨＦ電力のための帰還路の一部を形成する。
基板支持体のインピーダンスの均一性を改善するための誘電性の円筒形のスリーブ１１３はＲＦ導体１１４を取り囲むよう設計されている。同軸の長さ、および、スリーブ１１３を構成する材料の誘電率は、ＲＦ導体１１４からＶＨＦ電力への給電点インピーダンスを決定する。同軸の長さ及びスリーブ１１３を構成する材料の誘電率を調整することによりより、ＶＨＦ電源のより均一な容量性結合のために、インピーダンスのより均一な放射分布が達成されうる。
スタブ１３５の遠方端部１３５ａのところの終端導体１６５は、内部及び外部の導体１４０、１４５を共に終端し、スタブ１３５は、その遠方端部１３５ａのところで短絡される。スタブ１３５の近傍端部１３５ｂ（短絡されていない端）のところで、外側導体１４５は環状の導電性筐体若しくは支持体１７５を介してチャンバー本体に接続され、内部の導体１４４は導電性のシリンダー１７６を介して電極１２５の中央部分に接続される。誘電性のリング１８０は導電性のシリンダー１７６と電極１２５との間に保たれ、それらを隔絶する。
内部の導体１４０はプロセスガス及び冷媒などのユティリティのための導管をもたらす。この特徴の主要な利点は、典型的なプラズマリアクターにはないようなものであり、ガスライン１７０は及び冷媒ライン１７３は相互に大きい電位差を生じない。従って、それらは、その目的のために、より安価で、より信頼性のある材料である、金属から形成されるかもしれない。金属製のガスライン１７０は、上部電極１２５の中、若しくは、近傍にあるガス入り口１７２にガス供給し、金属性の冷媒ライン１７３は、上部電極１２５内の冷媒の通路、若しくは、ジャケット１７４に冷媒を供給する。
プラズマの密度は比較的ウォールの近くで低いので、内部のチャンバーウォール１２８から所定の距離（若しくはギャップ）を伴った基板の周りに置かれたバッフルアセンブリ１３１がプラズマを閉じ込めるかもしれない。バッフルアセンブリ１３１の端と内部のチャンバーウォール１２８との間の距離（若しくはギャップ）は、小さいほどよい。もし、このギャップの距離がチャンバーウォールの近くのプラズマシースの厚さより大きいのであれば、基板の上の反応領域から引き出され、チャンバーウォールおよび下流方向へと引き出されるプラズマの量は増加し、それにより、プラズマをより閉じ込めないこととなる。また、チャンバーの圧力に影響をおよぼすフロー抵抗が許容不能なレベルまで増加するので、バッフルアセンブリ１３１の端と内部のチャンバーウォールとの間の距離（若しくはギャップ）は、大きいほどよいとも言える。従って、バッフルアセンブリ１３１は、良好なプラズマの閉じ込め、及び、低いフロー抵抗をもたらすために、内部のチャンバーウォール１２８から適宜な距離をもって基板の周りに配置される。
図２Ａは本発明の一実施形態のバッフルアセンブリ２００の断面図である。バッフルアセンブリ２００はリング２０２及びベース部分２０４を含む。また、ベース部分２０４は約１９インチと約２０インチとの間の第１の直径Ｄを有するフランジ２０６を含む。湾曲したウォール２０８はフランジ２０６から、ベース部分２０４に結合された加熱アセンブリ２１４へと延びる。この湾曲したウォール２０８は、リング２０２と共に、ベース部分２０４から延びるフランジ２０６を支持する。このベース部分２０４の最も内側に入り込んだ外側ウォール２２０は、約１４インチと約１６インチとの間の直径Ｇを有する。また、ノッチ２２２はベース部分２０４の底に存在するかもしれない。加熱アセンブリはバッフルアセンブリ２００の中に存在するかもしれない。この加熱アセンブリはベース部分２０４の内部に溶接された加熱チューブを含むかもしれない。
図２Ｂは図２ＡのＡの部分の断面である。レッジ２１０はフランジ２０６の内側に放射状に設けられるかもしれない。湾曲したウォール２１８はフランジ２０６の外側ウォール２１８とフランジ２０６の底部のウォール２１６との間に延びるかもしれない。
図２Ｃは図２ＢのＢの部分の断面図である。リング２０２は、間に設けられた１つ以上のスペーサー２１２を備えたベース２０４に結合されているかもしれない。１つ又はそれ以上のＯ−リング２２４はリング２０２とベース部分２０４との間の結合密封状態を提供するため、ベース部分２０４とリング２０２との間に設けられるかもしれない。Ｏ−リング２２４はベース部分２０４に形成されたノッチ内に設けられるかもしれない。
図３Ａは本発明の一実施形態によるリング３００の平面図である。図３Ｂは図３Ａのリング３００の断面図である。リング３００は約１８インチと約１９インチとの間の直径Ｅを有する上部のウォール３０２を含む。また、このリング３００は約１９インチと約２０インチとの間の直径Ｆを有する外側のウォール３０８を有する。湾曲したウォール３０４は外側のウォール３０８と上部のウォール３０２との間に延びるかもしれない。リング３００は約１３インチと１４インチとの間に直径Ｉに有する開口３０６を含む。一実施形態において、リングの外側のウォール３０８の直径は、フランジ２０６の直径に実質的に等しいかもしれない。
図４Ａ及び図４Ｂは本発明の一実施形態による下側のバッフル部分の概略斜視図である。図４Ａは底から見たバッフル部分の斜視図である。図４Ｂは上から見た下側バッフル部分の斜視図である。図４Ａに図示されるように、下側のバッフル部分の底は加熱アセンブリーに電力をもたらすための給電レセクタプルを有する。図４Ｃはこの給電レセプタクル４００を示す図４ＡのＣの部分の切り出し図である。図４Ｃに図示されるように、レセプタクルは電力プラグを受け入れるための３つのスロット４０２を含む。
図４Ｄは図４Ｃの断面図である。図４Ｄは図４Ｃに示された給電レセクタプル４００の断面図を図示する。下側のバッフル部分はボトムの部分４０６に結合された上部部分４０４を含む。締結機構４０８はボトムの部分４０６に給電レセクタプルを締結するために用いられるかもしれない。一実施形態において、締結メカニズム４０８はネジであるがしかし、他の締結メカニズム４０８が用いられてもよいことは理解されるべきである。２つの電極端子４１２は下側のバッフル部分内に溶接された加熱チューブ４１４に電力を供給するためにレセプタクル４１０内に設けられる。
図５は本発明の他の実施形態によるバッフルアセンブリ５００を示す。図５に図示されるように、バッフルアセンブリ５００は支持構造５０８に支持されるフランジ５０６を有する下側の部分５０４に結合されたリング５０２を含む。一実施形態において、支持構造５０８はステップ若しくは角形状を含むかもしれない。支持構造５０８としてステップ若しくは角形状が示されているが、上述されたように湾曲したウォールを含むフランジ５０６を支持するために機械的な強度をもたらすために他の形状が用いられるかもしれないことは理解されるべきである。
本発明の実施形態に従って説明されてきたが、本発明の他の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創作できるものであり、その範囲は添付の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

  1. エッチングチャンバ内でプラズマを閉じ込めるためのバッフルアセンブリであって、
    基板支持体を囲むサイズのリングと、
    このリングに接続されたベース部分を含み、
    前記ベース部分は、
    第１の直径を有するフランジであって、前記リングの外径は前記第１の直径に等しく、第１の直径は、良好なプラズマの閉じ込め、及び、低いフロー抵抗をもたらす、前記エッチングチャンバの内部のチャンバウォールからの適宜な距離を有するフランジと、
    前記第１の直径より小さい第２の直径を有する下側のフレーム部分と、
    前記フランジと前記下側のフレーム部分との間に結合された第１の凹状ウォールであって、前記第１の凹状ウォールは前記下側のフレーム部分から前記フランジへと湾曲している第１の凹状ウォールと、
    前記リングとは反対側の前記ベース部分の面で前記下側のフレーム部分に直接結合された加熱アセンブリであって、前記ベース部分と加熱アセンブリは同心円状に積み重ねられている加熱アセンブリとを含むバッフルアセンブリ。
  2. 前記リングはシリコンを含み、前記ベース部分はアルミニウムを含む請求項１記載のアセンブリ。
  3. 前記ベース部分はさらに、前記第１のウォールから内側に放射状に設けられたレッジを含む請求項１記載のアセンブリ。
  4. 前記リングと前記ベース部分との間に結合された１又はそれ以上のスペーサーとを含む請求項１記載のアセンブリ。
  5. 前記リングは、
    第３の直径まで延びるトップウォールと、
    前記第３の直径より大きい第４の直径を有する外側のウォールと、
    前記トップウォールと前記外側ウォールとの間に結合された凸状ウォールとを含み、
    前記凸状ウォールは前記第３の直径のところの前記トップウォールから、前記第４の直径のところの前記外側のウォールへと湾曲し、
    前記第４の直径は前記第１の直径とほぼ等しい請求項１記載のアセンブリ。
  6. 前記ベース部分は、更に、
    前記第２の直径より大きく、前記第１の直径よりは小さい、第３の直径を有するボトムウォールと、
    前記第３の直径と前記第１の直径との間で湾曲する凸状ウォールとを含む請求項１記載のアセンブリ。
  7. エッチングチャンバ内でプラズマを閉じ込めるためのバッフルアセンブリであって、
    基板支持体を囲むサイズのリングと、
    前記リングに結合されるベース部分を含み、
    前記ベース部分は、
    第１の直径を有するフランジであって、前記リングの外径は前記第１の直径に等しく、第１の直径は、良好なプラズマの閉じ込め、及び、低いフロー抵抗をもたらす、前記エッチングチャンバの内部のチャンバウォールからの適宜な距離を有するフランジと、
    前記第１の直径より小さい第２の直径を有する下側フレーム部分と、
    前記フランジを支持するための支持部分であって、前記支持部分は、前記フランジと前記下側のフレーム部分の間に結合された凹状ウォールを含み、前記凹状ウォールは、前記下側のフレーム部分から前記フランジへと湾曲している支持部分と、
    前記リングとは反対側の前記ベース部分の面で前記下側のフレーム部分に直接結合された加熱アセンブリであって、前記ベース部分と加熱アセンブリは同心円状に積み重ねられている加熱アセンブリとを含むバッフルアセンブリ。
  8. 前記リングはシリコンを含み、前記ベース部分はアルミニウムを含む請求項７記載のアセンブリ。
  9. 前記リングと前記ベース部分との間に結合された１つ以上のスペーサーを更に含む請求項７記載のアセンブリ。
  10. 前記リングは更に、
    第３の直径まで延びるトップウォールと、
    前記第３の直径より大きい第４の直径を有する外側ウォールと、
    前記トップウォールと前記外側ウォールとの間に結合された凸状ウォールとを含み、
    前記凸状ウォールは前記第３の直径のところの前記トップウォールから、前記第４の直径のところの前記外側のウォールへと湾曲し、
    前記第４の直径は前記第１の直径にほぼ等しい請求項７記載のアセンブリ。
  11. 前記ベース部分は更に、
    前記フランジから内側に放射状に設けられたレッジと、
    前記第２の直径より大きく、前記第１の直径より小さい第３の直径を有するボトムウォールと、
    前記第３の直径と前記第１の直径との間で湾曲する凸状ウォールとを含む請求項７記載のアセンブリ。
  12. 前記支持部分は段差のある部分を含む請求項７記載のアセンブリ。
  13. 前記フランジの前記第１直径は１９インチ（４８２．６ｍｍ）〜２０インチ（５０８ｍｍ）の間であり、前記フランジの前記第１の直径は前記リングの前記外側の直径と揃っている請求項１記載のアセンブリ。
  14. 前記リングは、１３インチ（３３０．２ｍｍ）〜１４インチ（３５５．６ｍｍ）の間の内側直径を含む請求項１３記載のアセンブリ。
  15. 前記フランジの前記第１直径は１９インチ（４８２．６ｍｍ）〜２０インチ（５０８ｍｍ）の間であり、前記フランジの前記第１の直径は前記リングの前記外側の直径と揃っている請求項７記載のアセンブリ。
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