JP6207648B2 - チャンバー蓋ヒーターリングアセンブリ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、概して、半導体基板処理システムに関する。より具体的には、本
発明は、プラズマ処理システム用の蓋ヒーターアセンブリに関する。
集積回路の製造では、基板内で一貫した結果を達成するためだけではなく、基板から基
板への再現性のある結果を得るために、様々なプロセスパラメータの正確な制御が必要と
される。半導体デバイスを形成するための構造の幾何学的制限は、技術の限界に押し付け
られているので、厳しい公差及び精密なプロセス制御が、製造の成功には不可欠である。
しかしながら、微細化とともに、正確なクリティカルディメンジョン及びエッチングプロ
セスの制御はますます困難になっている。
配置されていない場合、処理結果もまた、不均一となる可能性がある。様々な要因がプラ
ズマの均一性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、処理中にプラズマチャンバーの蓋を
加熱する電気的手段を用いたヒーターは、プラズマの不均一性に寄与する可能性がある。
ヒーター内の任意の接地された金属部品は、RF電源からチャンバーへと伝達される電力
を弱める可能性がある。ヒーター内の電気加熱回路は、チャンバー内へ伝達される電力に
影響を与えるように局所的に作用する可能性がある。加熱時のいかなる不均一性も、処理
中において、堆積を増加させ、不要な粒子を生み出す可能性がある。
いる。プラズマ処理チャンバー10は、内部で基板12を処理するための処理容積15を
画定するチャンバー本体を含む。1以上のコイル15、16が、チャンバー本体11のチ
ャンバー蓋18の上に配置されている。コイル15、16は、処理中に処理容積15内で
プラズマ17を点火し、維持する。電気発熱体14を含むヒーター13は、チャンバー蓋
18を加熱するように構成され、チャンバー蓋18とコイル15、16の間に配置されて
いる。ヒーター13のいずれの金属部品も、チャンバー本体11と同様に、接地されてい
る。接地された部品は、コイル15、16からプラズマ17へ伝送される電力を低減する
。電気発熱体14は、コイル15、16の見通し線内に位置しているので、電気発熱体1
4は、コイル15、16と、プラズマ17との間の電力伝達に干渉する。電気発熱体14
に近いチャンバー蓋18の領域は、電気発熱体14から遠い領域よりも、最大で摂氏10
度温度が高い場合がある。チャンバー蓋18の温度不均一性は、プロセスの不均一性と粒
子汚染をもたらす可能性のあるプラズマ17の均一性に直接影響を与える。
(堅牢)な実行装置であることが証明されているが、プラズマの均一性を制御するための
既存の技術は、プラズマの均一性の改善が、次世代のサブミクロン構造(例えば、約55
ナノメートル又はそれを超えたクリティカルディメンジョンを有する構造)の製造の成功
に貢献すると思われる1つの領域である。
の改善が、プラズマの均一性と点火、及びRF電力の効率的な結合に有益な効果を有して
いることを発見した。
の実施形態は、プラズマ処理チャンバーの蓋の温度を制御するための方法及び装置を提供
する。本方法及び装置は、プラズマ処理チャンバー内のプラズマ位置の位置制御を高め、
RF電源と処理チャンバー内のプラズマとの間の結合を向上させる。本発明の実施形態は
、プラズマ位置の制御が望まれるアプリケーションの中でも特に、エッチング、成膜、イ
ンプラント(注入)、及び熱処理システムで利用することができる。
ベースは、内側開口部を画定する平面リング形状を有している。また、蓋ヒーターアセン
ブリは、熱伝導性ベース上に配置された発熱体と、熱伝導性ベースの内側開口部全域に亘
って配置された断熱センターコアを更に含む。
蓋と、処理容積内に配置された基板支持体と、チャンバー蓋を介して処理容積内でガスに
RF電力を結合させるように構成されたチャンバー蓋の上方に配置されたコイルアセンブ
リを含むプラズマ処理チャンバーが提供される。プラズマ処理チャンバーは、チャンバー
の蓋に結合された蓋ヒーターアセンブリを更に含む。蓋ヒーターアセンブリは、内側開口
部を有する加熱リングと、加熱リングの内側開口部全域に亘って配置された断熱センター
コアを含む。内側開口部の直径はコイルアセンブリよりも少なくとも大きく、加熱リング
とコイルアセンブリは、コイルアセンブリの磁場が実質的に内側開口部の内側に向けられ
るように配置されている
スと、熱伝導性ベース上に配置された発熱体を含む蓋ヒーターアセンブリが提供される。
蓋ヒーターアセンブリは、発熱体の上に配置されたRFシールドを更に含む。RFシール
ドは、ギャップを有する平面リングであり、ギャップは、抵抗発熱体が誘導ヒーターと抵
抗ヒーターの両方として機能するように、アンテナ近くに供給されるRF電力から発熱体
がRFホットとなることを可能にする。
により、チャンバーの蓋を加熱する工程と、熱伝導性リングの開口部の内側に位置する断
熱センターコアを使用して、チャンバー蓋からの熱損失を防止する工程を含むプラズマ処
理方法が提供される。本方法は、チャンバー蓋の下の処理容積に処理ガスを向ける工程と
、チャンバーの蓋の上方に位置するコイルアセンブリを用いてプラズマを点火する工程を
更に含む。コイルアセンブリの磁場は、実質的に熱伝導性リングの内側にある。
発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に
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を示しているに過ぎ
ず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等し
く有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
番号を使用している。また、一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態
に有益に組み込んでもよいと理解される。
処理チャンバー100の模式図を示す。プラズマ処理チャンバー100の特定の実施形態
が、エッチングリアクタとして図2に示されているが、蓋ヒーターアセンブリ190は、
特に、化学蒸着チャンバー、物理蒸着チャンバー、注入チャンバー、窒化チャンバー、プ
ラズマアニールチャンバー、プラズマ処理チャンバー、及びアッシングチャンバーを含む
他の種類のプラズマ処理チャンバーで有益に利用することができることが理解される。し
たがって、図2のプラズマ処理チャンバーの実施形態は、例示的な目的のために提供され
ており、発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。
、及びコントローラ140を含む。チャンバー本体110は、処理容積127を取り囲む
底部128、側壁130、及び蓋120を含む。側壁130及び底部128は、ステンレ
ス鋼やアルミニウム等の伝導性材料から製造される。蓋120は、アルミニウム、ステン
レス鋼、セラミックス、又は他の適切な材料から製造することができる。
て、チャンバー本体110の処理容積127に供給される。図2に示される実施形態では
、プラズマ処理チャンバー100は、チャンバー本体の側壁130に沿って配置された複
数のノズル136と、蓋120の下に取り付けられた中央ノズル137を含む。中央ノズ
ル137は、独立して制御可能な半径方向及び下向きのガス出口ポートを含んでもよい。
回路146を含む。コントローラ140は、プラズマ処理チャンバー100のコンポーネ
ントやチャンバー本体110内で実行される処理に連結され、これらを制御し、集積回路
製造工場のデータベースとオプションのデータ交換を促進することができる。
ー本体110の他の実施形態は、他のタイプの天井(例えば、ドーム状の天井)を有する
ことができる。蓋120の上方には、1以上の誘導コイル要素を含むアンテナ112が配
置されている。図2に示される実施形態では、アンテナ11は2つの同軸のコイル要素1
13、114を含む。しかしながら、コイル要素の他の構成及び組み合わせが考えられて
もよい。アンテナ112は、第1整合ネットワーク170を介して、高周波(RF)プラ
ズマ電源118に結合されている。プラズマ処理時には、アンテナ112は、電源118
によって供給されるRF電力で通電され、これによってチャンバー本体110の処理容積
127内で処理ガスから形成されたプラズマ106を維持する。
基板台座アセンブリ116は、取り付けアセンブリ162、ベースアセンブリ115、及
び静電チャック188を含む。あるいはまた、一段高くなった正方形の表面を静電チャッ
ク188の代わりに用いてもよい。取り付けアセンブリ162は、ベースアセンブリ11
5をチャンバー本体110の底部128に結合する。
なくとも1つのクランプ電極を含む。一実施形態では、静電チャック188は、第2整合
ネットワーク124を介して基板バイアス電源122に結合される少なくとも1つのRF
電極186を含むことができる。静電チャック188は、オプションで1以上の基板ヒー
ターを含むことができる。一実施形態では、加熱電源132に接続された同心ヒーター1
84A、184Bとして図示される2つの同心で独立制御可能な抵抗ヒーターを使用して
、基板150の端部から中心までの温度プロファイルを制御する。
の供給源148に流体結合された複数のガス通路(溝等、図示せず)を更に含むことがで
きる。動作時には、裏面ガス(例えば、ヘリウム(He))がガス流路内に制御された圧
力で供給され、これによって静電チャック188と基板150との間の熱伝達を向上させ
る。従来、静電チャックの少なくとも基板支持面には、基板を処理する時に使用される化
学薬品及び温度に耐えるコーティングが施されている。
ベースアセンブリ115は、加熱又は冷却液の供給源182に結合された1以上の冷却通
路を含む。少なくとも1種の気体(特に、フロン、ヘリウム、又は窒素等)、あるいは液
体(特に、水又は油等)が可能である熱伝導流体が、ベースアセンブリ115の温度を制
御するように通路を通って供給源182によって供給され、これによってベースアセンブ
リ115を加熱又は冷却し、これによって処理中にベースアセンブリ115上に配置され
た基板150の温度を部分的に制御する。
せず)を使用して監視されている。台座アセンブリ116を介したセンサのルーティング
を更に後述する。温度センサ(例えば、光ファイバ温度センサ)がコントローラ140に
結合され、これによって台座アセンブリ116の温度プロファイルを示す計量値を提供す
る。
ミックス材料から製造される実施形態では、蓋ヒーターアセンブリ190は、蓋120の
外面に付着させる又はクランプすることができる。蓋ヒーターアセンブリ190は、蓋1
20の上面120aに直接接触することによって熱エネルギーを供給するように構成され
る。一実施形態では、蓋120の温度を監視するために、1以上のセンサ123を使用す
ることができ、蓋120の温度を制御する蓋ヒーターアセンブリ190を調整するために
、コントローラ140を使用することができる。
る。図4は、蓋ヒーターアセンブリ190の詳細を示すプラズマ処理チャンバー100の
部分断面図である。
リング189の中央開口部全域に亘って配置された断熱センターコア193を含む。断熱
センターコア193は、慣例により蓋120からの熱損失を制御するために配置されてい
る。一実施形態では、断熱センターコア193の外側の側壁193OWは、加熱リング1
89の内側の側壁192IWに直接接触する。断熱センターコア193は、蓋120に結
合され、加熱リング189の内側の領域における熱損失の割合を制御することによって、
蓋120の全域に亘って実質的に均一な温度を維持するように構成される。一実施形態で
は、断熱センターコア193は、略円盤形状を有しており、(図4に示される)下面19
3Iは、蓋120の上面120aに付けられている。
ナ112の見通し線の外側になるのに十分な大きさの直径Dを有する。その結果、アンテ
ナ112からのRF電力は、プラズマ106と結合するために加熱リング189と交差す
る必要はない。
192を加熱するように構成された電気発熱体198と、電気発熱体198上に配置され
た断熱材191を含む。伝導性ベース192と、電気発熱体198と、断熱材191は、
垂直に積み重ねられている。一実施形態では、加熱リング189は、断熱材191と発熱
体198との間に配置されたRFシールド199も含む。
20と嵌合するように、構造的及び幾何学的形状と均一加熱面を提供する。伝導性ベース
192は、熱伝導性である。伝導性ベース192は、一般的に、電気発熱体198と蓋1
20との間に均一な熱伝達を提供するのに十分な質量を有する。伝導性ベース192は、
電気伝導性であることもできる。一実施形態では、伝導性ベース192は、良好な熱伝達
特性を有する金属材料(例えば、アルミニウム等)から製造される。
aを含む。抵抗要素198aは、電源178に結合されている。一実施形態では、電源1
78はAC電源である。電源178は、蓋ヒーターアセンブリ190に供給される電力を
調整するコントローラ140に接続することができる。
は、RFシールド199の上面に付着している。断熱材191は、加熱リング189内で
均一な温度を維持するように構成される。断熱材191は、蓋ヒーターアセンブリ190
が高温の間に不用意にも触れたときに受ける可能性のある火傷からの保護を提供する。断
熱材191は、一般的には、高温エラストマー(例えば、シリコーン又は他の高温フォー
ム)等のRF磁場及び電場にほとんど影響を与えない材料から製造される。
に抵抗要素198aが影響を及ぼすことを実質的に防ぐ。あるいはまた、図6を用いて以
下で説明されるように、プラズマ点火を強化するために、RFシールド199を使用する
ことができる。RFシールド199は、一般的に、金属材料(アルミニウム等)から製造
される。RFシールド199は、アルミニウム箔又はアルミニウム板であることが可能で
ある。
円盤状本体である。断熱センターコア193の外径は、プラズマ生成中にアンテナ112
の見通し線を覆うのに十分大きい。断熱センターコア193はRF透過性であり、これに
よって蓋ヒーターアセンブリ190は、アンテナ112とプラズマ106との間の結合を
妨害することなく蓋120の均一加熱を提供することができる。
面図である。図5に示されるように、断熱センターコア193は、外側領域195a内に
亘って形成された複数の外側貫通孔195と、中央領域196aに亘って形成された複数
の貫通孔196を有する。外側貫通孔195及び内側貫通孔196は、蓋120の放射冷
却を制御するように構成されている。外側貫通孔195は、内側貫通孔196よりも直径
が大きく、これによって断熱センターコア193の中央領域196a近くよりも、断熱セ
ンターコア193の外側領域195a近くに、より多くの冷却を提供する。外側領域19
5aは、中央領域196aよりも加熱リング189に近いため、外側貫通孔196を介し
てより多くの放射冷却が起こり、これによって加熱リング189の近くのより熱い蓋温度
を補償し、これによって蓋内でのより均一な温度プロファイルを可能にする。図5に示さ
れる一実施形態では、外側貫通孔195は外側領域195a内に円形パターンで形成され
、内側貫通孔196は中央領域196a内に円形パターンで形成されている。しかしなが
ら、蓋120内の均一な温度プロファイルを得るために、他のパターンの冷却孔及び他の
形状の冷却孔を使用してもよい。例えば、外側貫通孔196は、内側貫通孔196を含む
中央領域よりも大きな開口面積を有するように配置してもよい。
き、これによって(図2に図示されている)センターノズル137は、コア193を貫通
して延び、ガス供給源に接続できる。
耐薬品性、難燃性のある材料から形成されている。一実施形態では、断熱センターコア1
93は、高温エラストマー(発泡シリコーン又は他の高温フォーム等)から形成すること
ができる。
、加熱リング189は、蓋120と接触する伝導性ベース192の部分を介して伝導する
ことによって蓋120を加熱する。断熱センターコア193は、蓋120からの熱損失を
制御する。断熱センターコア193の断熱と、貫通孔195、196の分布の組み合わせ
によって、実質的に均一な温度プロファイルを蓋120の全面に亘って得ることができる
。一実施形態では、蓋120内の温度を監視するためにセンサ123を使用することがで
き、所望の温度及び/又は均一性を達成するように蓋ヒーターアセンブリ190を調整す
るためにコントローラ140を使用することができる。プラズマ106を点火及び/又は
維持している間、アンテナ112の磁場112aは、発熱体198a又は伝導性ベース1
92によって妨げられることなく、断熱センターコア193及び蓋120を貫通する。
ーアセンブリは、加熱に加えて、プラズマの維持及び/又は点火を助長するために使用す
ることができる。
蓋ヒーターアセンブリ600は、加熱リング602と、オプションで断熱センターコア1
93を含む。加熱リング602は、抵抗発熱体と、RFシールド199aと、オプション
で断熱材とを有する伝導性ベース192を含む。RFシールド199と同様に、RFシー
ルド199aは、電気発熱体198を覆うためにリング形状を有している。しかしながら
、RFシールド199aは、ギャップ199bを有している。ギャップ199bは、伝導
体192がRFホットになることを可能にする。RF電力は、RFシールド199a内に
渦電流を発生させ、これによってシールド199aは誘導ヒーターとして機能し、一方、
伝導体192は抵抗ヒーターと、蓋ヒーターアセンブリ600の下方でチャンバー内のガ
スにRF電力を結合させるためのアンテナの両方として機能する。RFシールド199a
からの誘導加熱は、電気発熱体198からの抵抗加熱の他に追加の加熱を提供し、これに
よってチャンバー蓋を抵抗加熱するのに必要な電力を低減する。
能することができる。導電体192と、処理チャンバー内のRF接地導体は、容量結合プ
ラズマ源の2つの電極となる。プラズマ点火が困難となる可能性のある場合に、容量結合
プラズマの機能は、低電力レベル及び/又は低ガス濃度レベルでのプラズマ処理のために
は特に有益である。例えば、フォトリソグラフィ用マスクの製造中に、クロムエッチング
は通常低電力レベル(例えば500W未満、例えば250W程度)で実行される。クロム
エッチングで使用する処理ガス(SF6等)は、プラズマを点火して維持することが困難
である。SF6が高濃度に希釈された場合、例えば、Heによって体積で約1:30の比
率で希釈されたSF6は、更により困難である。RFシールド199aからの追加的の容
量結合は、低電力レベル又は低ガス濃度レベルでプラズマを点火することをより容易にす
る。
処理チャンバーでのプラズマ点火に適している。例えば、処理チャンバー内にガスを向け
るようにノズル136が位置している、図2に図示された処理チャンバー200等である
。RFシールド199aは、追加のRF結合及び/又は加熱を可能にする。
RFシールド199aは、アルミ箔又はアルミ板であってもよい。一実施形態では、RF
シールド199aは、約0.062インチの厚さを有するアルミニウムシートから形成可
能である。
する。抵抗発熱体と蓋ヒーターの伝導性部品が、RFコイルの見通し線の外側に位置して
いるので、本発明の実施形態は、RF電力とプラズマ間の干渉を低減する。したがって、
プラズマの均一性が改善された。本発明の実施形態はまた、断熱センターコアでチャンバ
ー蓋を実質的に覆うことによって、対流からの熱損失を低減する。本発明の実施形態はま
た、抵抗ヒーター上に間隔をあけたRFシールドを使用することによって、更なる加熱と
結合を提供し、これはプラズマプロセスでSF6等の維持するのが難しいガスの使用を可
能にする。
明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範
囲に基づいて定められる。
Claims (10)
- 蓋ヒーターアセンブリであって、
内側開口部を画定する平面リングである熱伝導性ベースと、
熱伝導性ベース上に配置された発熱体と、
熱伝導性ベースの内側開口部全域に亘って配置された断熱センターコアと、
発熱体の上に配置された断熱材と、
発熱体と断熱材の間に配置されたギャップなしのリングであるRFシールドを備えた蓋ヒーターアセンブリ。 - 断熱センターコアは、RF透過材料から形成される請求項1記載の蓋ヒーターアセンブリ。
- 断熱センターコアは、貫通して形成された複数の冷却孔を有する請求項2記載の蓋ヒーターアセンブリ。
- 複数の冷却孔は、
断熱センターコアの中央領域近傍に位置する複数の内孔と、
断熱センターコアの外側領域近傍に位置する複数の外孔を含み、複数の内孔は複数の外孔よりも小さい請求項3記載の蓋ヒーターアセンブリ。 - 断熱センターコアは、伝導性コアの中心に対して、熱伝導性ベースの近くにより多くの開口面積を有する請求項3記載の蓋ヒーターアセンブリ。
- プラズマ処理システムであって、
チャンバー本体と、
チャンバー本体の処理容積を囲むチャンバー蓋と、
処理容積内に配置された基板支持体と、
チャンバー蓋を介して処理容積内でガスにRF電力を結合させるように構成されたチャンバー蓋の上方に配置されたコイルアセンブリと、
チャンバー蓋に結合された蓋ヒーターアセンブリを含み、
蓋アセンブリは、
内側開口部を有する加熱リングであって、内側開口部の直径は少なくともコイルアセンブリと同じ大きさであり、加熱リングとコイルアセンブリは、コイルアセンブリの磁場が実質的に内側開口部の内側に向けられるように配置されており、加熱リングは熱伝導性ベースを備え、熱伝導性ベースは内側開口部を画定する平面リングである加熱リングと、
熱伝導性ベース上に配置された発熱体と、
発熱体の上に配置された断熱材と、
発熱体と断熱材の間に配置されたギャップなしのリングであるRFシールドと、
加熱リングの内側開口部全域に亘って配置された断熱センターコアと、
を備えたプラズマ処理システム。 - 断熱センターコアは、貫通して形成された複数の冷却孔を有する請求項6記載のプラズマ処理システム。
- 断熱センターコアは、伝導性コアの中心に対して、熱伝導性ベースの近くにより多くの開口面積を有する請求項7記載のプラズマ処理システム。
- 断熱センターコアは、RF透過材料から形成される請求項6記載のプラズマ処理システム。
- 蓋ヒーターアセンブリであって、
内側開口部を画定する平面リングである熱伝導性ベースと、
熱伝導性ベース上に配置された発熱体と、
熱伝導性ベースの内側開口部全域に亘って配置された断熱センターコアと、
発熱体の上に配置された断熱材と、
発熱体と断熱材の間に配置されたリングであるRFシールドを備えた蓋ヒーターアセンブリ。
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