JP6526854B6 - 高周波アプリケータを有する回転可能な基板支持体 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、広くは、半導体デバイスの製造において利用される装置及び方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体デバイスの製造で利用される高周波電力を印加するために利用される回転可能な基板支持体のための装置及び方法に、概して関する。
サブハーフミクロン以下の特徴を信頼性良く生産することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積回路(VLSI)及び極超大規模集積回路(ULSI)にとっての主要な技術的課題の一つである。しかしながら、回路技術の限界が押し広げられるにつれ、VLSI及びULSIの相互配線技術の寸法の縮小は、処理能力に追加の要求をもたらした。基板上のゲート構造の信頼度の高い形成は、VLSI及びULSIの成功にとって並びに個々の基板及びダイの回路密度及び品質を上げるための継続的努力にとって重要である。
これらの構造を形成するために利用される一つのプロセスは、プラズマ処理を含む。これらのプラズマプロセスの一つにおいて、基板がチャンバ内の基板支持体上に置かれ、プロセスガスにエネルギーが与えられ、プロセスガスのプラズマを形成する。これらの構造を形成するために、プラズマが、材料の堆積、又は材料のエッチングのために利用され得る。プラズマ形成は、チャンバ内のシャワーヘッドからのガスへの高周波(RF)印加、チャンバに連結された誘導結合RF装置、基板支持体によって又は基板支持体を通して印加されるRF、及びそれらの組合せによって促進され得る。
RF印加(すなわち、RF「ホット」又はバイアス電力)のできる回転可能な基板支持体は、深刻な欠点を持つ。従来、任意の回転部品間の電気的接続は、例えば、回転するRFリング、RFブラシ、RFパンタグラフ及び容量性構造によって得られて来た。しかしながら、これらの接続がRFマッチ後になされる場合、高電圧/電流のために、アークが生成される。このアークは、通常、チャンバに損害をもたらす。従って、改良された回転基板支持体に対する必要性が存在する。
基板支持体アセンブリは、シャフトアセンブリ、シャフトアセンブリの一部分に連結されたペデスタル、及びシャフトアセンブリに連結された一つ以上のロータリコネクタを含み、一つ以上のロータリコネクタのうちの一つは、回転高周波アプリケータを含む。回転高周波アプリケータは、シャフトアセンブリと電気的に結合され、回転可能なシャフトを囲み、回転可能なシャフトとともに回転可能である第一のコイル部材、及び第一のコイル部材を囲み、第一のコイル部材に対して静止している第二のコイル部材を含み、回転高周波アプリケータがエネルギーを与えられ、シャフトアセンブリを通って高周波信号をペデスタルに供給するとき、第一のコイル部材は第二のコイル部材と電気的に結合する。
他の実施形態において、基板支持体アセンブリは、シャフトアセンブリ、シャフトアセンブリの一部分に連結されたペデスタル、及びシャフトアセンブリに連結された第一のロータリコネクタを含む。第一のロータリコネクタは、作動中にシャフトアセンブリと電磁結合される、回転可能な誘電体シャフトを囲む回転可能コイル部材、回転可能コイル部材を囲む静止コイル部材であって、回転可能な高周波アプリケータがエネルギーを与えられ、シャフトアセンブリを通って高周波電力をペデスタルに供給するとき、回転可能コイル部材は静止コイル部材と電磁結合する、静止コイル部材、及び静止コイル部材の周りに配置された導電性ハウジングを含む。
他の実施形態において、基板支持体アセンブリは、シャフトアセンブリ、シャフトアセンブリの一部分に連結されたペデスタル、及びシャフトアセンブリに連結された一つ以上のロータリコネクタを含み、一つ以上のロータリコネクタのうちの一つは、回転高周波アプリケータを含む。回転高周波アプリケータは、作動中にシャフトアセンブリと電磁結合される、回転可能なシャフト部材を囲む回転する導電性部材、及び回転する導電性部材を少なくとも部分的に囲む静止導電性部材、及び回転可能な高周波アプリケータを囲む導電性ハウジングを含み、回転可能な高周波アプリケータがエネルギーを与えられ、シャフトアセンブリを通って高周波電力をペデスタルに供給するとき、回転する導電性部材は静止導電性部材と電磁結合する。
本発明の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の幾つかは添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って、発明の範囲を限定すると見なすべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。一つの実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうることが企図される。
本発明の実施形態は、高周波(RF)バイアスをかけることができる回転可能な基板支持体を有する処理チャンバに関する。処理チャンバ及び/又は基板支持体は、電子デバイスの製造における基板処理で用いられ得る。基板処理は、堆積プロセス、エッチングプロセス、及び基板上に電子デバイスを製造するために用いられる他の低圧プロセス又は熱プロセスを含む。本書に記載の処理チャンバ及び/又は基板支持体は、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社(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)によって販売されるシステム、及び他の製造業者から入手可能な他のシステムにおいて利用され得る。
図1は、エッチング又は堆積プロセスを行うのに適切な例示的な処理チャンバ100の側面断面図である。一実施形態において、処理チャンバ100は、基板表面上に配置された材料層から材料を除去するように構成され得る。処理チャンバ100は、プラズマアシストドライエッチングプロセスを実行するのに特に有用であり得る。本発明から利益を得るように適合され得る一つの処理チャンバは、Applied Materials,Santa Clara,Californiaから入手可能であるSiconi(商標)チャンバである。他の製造業者から入手可能な他の真空処理チャンバもまた、本発明から利益を得るように適合され得るということが、留意される。
処理チャンバ100は、真空を破壊することなく、基板表面の加熱及び冷却の両方を行う。一実施形態において、処理チャンバ100は、チャンバ本体102、リッドアセンブリ104、及び基板支持体アセンブリ106を含む。リッドアセンブリ104が、チャンバ本体102の上端に配置され、基板支持体アセンブリ106が、チャンバ本体102の内部に少なくとも部分的に配置される。
チャンバ本体102は、処理チャンバ100の内部への接近手段を与えるための、その側壁に形成されたスリットバルブ開口部108を含む。スリットバルブ開口部108は、ウエハハンドリングロボット(図示せず)によるチャンバ本体102の内部への接近を可能にするため、選択的に開放及び閉鎖される。
一つ以上の実施形態において、チャンバ本体102は、中を通って熱伝達流体を流すための、その中に形成されたチャネル110を含む。熱伝達流体は、加熱流体であってもよいし、冷却剤であってもよく、処理中及び基板搬送中にチャンバ本体102の温度を制御するために用いられる。チャンバ本体102の温度の制御は、チャンバ壁上のガス又は副生成物の不要な凝結を防止するために重要である。例示的な熱伝達流体は、水、エチレングリコール、又はそれらの混合物を含む。例示的な熱伝達流体は、窒素ガスも含み得る。
チャンバ本体102は、基板支持体アセンブリ106を囲むライナ112を更に含むことができる。ライナ112は、修理及び洗浄のために取外し可能である。ライナ112は、アルミニウムなどの金属、セラミック材料、又は任意の他のプロセス適合性材料で作られることができる。ライナ112は、表面粗さ及び/又は表面積を増加させ、その上に堆積された任意の材料の付着を増加させ、それによって、処理チャンバ100の汚染物質になる材料の剥離を防止するために、ビードブラストされることができる。一つ以上の実施形態において、ライナ112は、一つ以上の開孔114、及び真空システムと流体連結している、中に形成されたポンピングチャネル116を含む。開孔114は、ポンピングチャネル116の中へのガスの流路を提供し、ポンピングチャネル116は、処理チャンバ100の中のガスの出口を提供する。
真空システムは、真空ポンプ118、及び処理チャンバ100を通るガスの流量を調節するためのスロットルバルブ120を含み得る。真空ポンプ118は、チャンバ本体102の中に配置された真空ポート122に連結され、従って、ライナ112の中に形成されたポンピングチャネル116と流体連結する。「ガス」及び「ガス(複数)」という用語は、注意書きがない限り、交換可能に用いられ、一つ以上の前駆体、反応物、触媒、キャリア、パージ、洗浄、それらの組合せ、及びチャンバ本体102の中に導入される任意の他の流体を指す。
基板支持体アセンブリ106は、シャフトアセンブリ126に連結されているペデスタル124を含む。ペデスタル124は、基板(図示せず)を支持するように適合された上面を有する。ペデスタル124は、基板を固定するための静電チャックとして構成され得、RF電力を印加するように適合される。シールド部材125が、ペデスタル124の周囲の周りに配置され得る。シールド部材125は、アルミニウムなどの導電性材料を含み得、チャンバ本体102内部のプラズマを制御するために利用される。シールド部材125はまた、処理チャンバ100の動作中にRF電流伝送部材としても利用され得る。
シャフトアセンブリ126は、チャンバ本体102内部で垂直運動し回転する少なくとも3つの管状部材を含み得る。例えば、シールド部材125は、チャンバ本体102の開口部に配置されるシャフト部127に連結され得る。中央シャフト128が、シャフトアセンブリ126の中に配置され、中空の部分又はコア129を含む。中央シャフト128は、アルミニウムなどの導電性材料で作られ、RF電流伝送部材として利用される。中央シャフト128及びシールド部材125のシャフト部127は、その間に配置される絶縁シャフト130によって電気的に分離される。
RFストッププレート131が、ペデスタル124の中に配置され得る。RFストッププレート131の周囲が、中央シャフト128に接続される。RFストッププレート131は、シャフトアセンブリ126からペデスタル124の中に配置された部品へ配線された、電線などの信号部材のための孔(図示せず)を含み得る。電線のシールドされた金属が、孔に接続され得る。一実施形態において、RF構造は、回転RF側がDCショートした折り重ねられた同軸構造の一形態を、外見上有する。絶縁シャフト130の材料は、セラミックス、熱及びプロセス化学作用に対して抵抗力のあるポリマー材料、並びに他の誘電性のプロセス抵抗性材料を含み得る。絶縁シャフト130の材料は、セラミックス、熱及びプロセス化学作用に対して抵抗力のあるポリマー材料、並びに他の誘電性のプロセス抵抗性材料を含み得る。絶縁シャフト130の材料の例は、TEFLON(登録商標)材料、ULTEM(登録商標)材料、等を含む。シャフトアセンブリ126は、シャフトアセンブリ126及びペデスタル124及びシールド部材125の回転を促進するアクチュエータ132に連結される。第一のロータリコネクタ134が、冷却剤源136からペデスタル124に冷却剤を供給するために、基板支持体アセンブリ106に連結される。第一のロータリコネクタ134は、液体冷却剤を流すように適合されたロータリユニオンであってもよい。基板支持体アセンブリ106及び第一のロータリコネクタ134の垂直運動が、アクチュエータアセンブリ138によって提供される。アクチュエータアセンブリ138は、チャンバ本体102に連結された支持部材140及びアクチュエータ142を含み得る。
ペデスタル124は、ヒータ、一つ以上のチャック電極、一つ以上の温度センサ及び冷却剤通路を含み得る。一つ以上の実施形態において、基板(図示せず)が、静電チャックを用いてペデスタル124に固定され得る。静電チャックは、ペデスタル124に埋め込まれた電極(図示せず)を囲む少なくとも一つの誘電体材料を通常含む。チャックの誘電体部分は、基板から及び基板支持体アセンブリ106の残りからチャック電極を電気的に絶縁する。
冷却剤が、第一のロータリコネクタ134によって冷却剤通路に供給され得る。ペデスタル124は、ペデスタル124の上に載せられた基板の裏側にガスを供給するためにその中に形成された通路を含んでもよい。ペデスタル124は、第四のロータリコネクタ150によってRF電源148に接続されてもよい。第四のロータリコネクタ150は、動作中に一つ以上の静止導電性部材と電磁結合する一つ以上の回転可能な導電性部材を含み得る。
一実施形態において、RF電源148が、一体型の整合回路を含まない場合、整合回路152が、第四のロータリコネクタ150とRF電源148の間に連結され得る。通常、RF電源148は、約50kHz〜約200MHzの周波数及び約0ワット〜約5000ワットの電力を有するRF信号を生成する能力がある。一実施形態において、RF電源148は、ペデスタル124の中の導電性プレートと連結される。RF電源148からのRFバイアス電力が、チャンバ本体102の処理領域の中に配置されたガスから形成されるプラズマ放電を励起及び持続させるために、用いられてもよい。他の実施形態において、ペデスタル124内部のチャック電極用の電力が、電源143から第二のロータリコネクタ144を経由して供給されてもよい。電源143は、直流(DC)電源であってもよく、第二のロータリコネクタ144は、スリップリング又はロールリングコネクタであってもよい。この構成において、RF電源148からのRFバイアスが、チャンバ本体102の中で処理ガスのプラズマを励起及び持続させるために用いられる。ガスが、ガス源145から第三のロータリコネクタ146によってペデスタル124に供給されてもよい。第三のロータリコネクタ146は、ロータリガスユニオンであってもよい。
ペデスタル124は、パックの中に配置された電極を有する双極性チャックを含み得る。ペデスタル124は、セラミック材料によってパックから分離され得る導電性材料で作られた、カソードとして構成されるRF電極を含んでもよい。カソードは、パックの下に配置されるアルミニウムプレートを含み得る。アルミニウムプレートは、RFエネルギーを第四のロータリコネクタ150からカソードに供給する中央シャフト128に直接に連結されてもよい。
一実施形態において、リッドアセンブリ104は、間にプラズマ容量又はキャビティを形成するように構成された少なくとも2つの積層された部品を含む。リッドアセンブリ104は、第二の電極156(「下方電極」)の垂直上方に配置された第一の電極154(「上方電極」)を含み、その間にプラズマ容量又はキャビティ160を閉じ込める。第一の電極154が、RF電源などの電源158に接続され、第二の電極156がグランドに接続され、2つの電極154、156の間にキャパシタンスを形成する。
幾つかの実施形態において、リッドアセンブリ104は、第一の電極154の中に少なくとも部分的に形成される一つ以上のガス入口162(一つのみが示される)を含む。プロセスガス源からの一つ以上のプロセスガスが、一つ以上のガス入口162を経由してリッドアセンブリ104に入る。一つ以上のガス入口162は、その第一の端でプラズマキャビティ160と流体連結し、その第二の端で、一つ以上の上流ガス源及び/又はガスミキサなどの他のガス供給部品に連結される。
幾つかの実施形態において、第一の電極154は、プラズマキャビティ160を収納する拡張部164を有する。一つ以上の実施形態において、拡張部164は、その上部からその下部へ徐々に増加する内側表面又は内径を有する環状部材である。拡張部164は、上記のように、ガス入口162と流体連結している。一つ以上のガス入口162の第一の端が、拡張部164の内径の最も高い点でプラズマキャビティ160の中へ開くことができる。同様に、一つ以上のガス入口162の第一の端が、拡張部164の内径に沿った任意の高さ間隔でプラズマキャビティ160の中へ開いてもよい。図示されていないけれども、2つのガス入口162が、拡張部164の両側に配置され、拡張部164の中への渦巻流パターン又は「渦」流を作ることができ、これは、プラズマキャビティ160の中のガスを混合させるのに役立つ。
リッドアセンブリ104は、第一の電極154を第二の電極156から電気的に絶縁する絶縁リング166を更に含むことができる。絶縁リング166は、酸化アルミニウム又は任意の他の絶縁性のプロセス適合材料から作られることができる。絶縁リング166は、少なくとも拡張部164を囲む又は実質的に囲む。
リッドアセンブリ104は、第二の電極156に隣接する分配プレート168及びブロッカプレート170を更に含むことができる。第二の電極156、分配プレート168及びブロッカプレート170が、チャンバ本体102に接続されているリッド支持プレート172の上に、積層され、配置されることができる。ヒンジアセンブリ(図示せず)が、リッド支持プレート172をチャンバ本体102に連結するために、用いられることができる。リッド支持プレート172は、熱伝達媒体を収容するための埋め込まれたチャネル又は通路174を含むことができる。熱伝達媒体は、プロセスの要求に応じて、加熱、冷却、又は両方に使用することができる。
一つ以上の実施形態において、第二の電極156は、プラズマキャビティ160の下に形成された複数のガス通路又は開孔176を含むことができ、プラズマキャビティ160からのガスがその中を通って流れるようにすることができる。分配プレート168は、実質的にディスク形状であり得、複数の開孔178又は通路を含み、その中を通ってガス流を分配する。開孔178は、処理されるべき基板が置かれるチャンバ本体102への制御された且つ一様な流れの分布を提供するように、大きさが決められ、分配プレート168のあちこちに配置されることができる。更に、開孔178は、流れるガスの速度プロファイルを遅くし、方向を変えることによって、ガス(複数可)が基板表面に直接衝突するのを防止し、加えて、基板の表面にわたってガスの一様な分布を提供するために、ガス流を一様に分配する。
幾つかの実施形態において、分配プレート168は、リッドアセンブリ104の温度制御を提供するためのヒータ又は加熱流体を収容するための一つ以上の埋め込まれたチャネル又は通路180を含む。抵抗性加熱エレメント(図示せず)が、分配プレート168を加熱するために、通路180の中に挿入されることができる。熱電対が、分配プレート168に接続され、その温度を調節することができる。熱電対は、上記のように、加熱エレメントに印加される電流を制御するためのフィードバックループの中で用いられることができる。
代替的に、熱伝達媒体を通路180の中に通すことができる。一つ以上の通路180が、チャンバ本体102内部のプロセス要求に応じて、分配プレート168の温度をより良く制御するために、必要であれば、冷却媒体を含むことができる。例えば、窒素、水、エチレングリコール、又はそれらの混合物などの、任意の適当な熱伝達媒体が用いられ得る。
一つ以上の実施形態において、リッドアセンブリ104は、一つ以上の熱ランプ(図示せず)を用いて、加熱されることができる。通常、熱ランプは、分配プレート168を含むリッドアセンブリ104の構成要素を放射によって加熱するために、分配プレート168の上面の周りに配列される。
ブロッカプレート170が、存在する場合には、第二の電極156と分配プレート168の間に任意選択で配置され得る。ブロッカプレート170は、第二の電極156の下面に取外し可能に取付けられる。ブロッカプレート170は、第二の電極156と良好な熱的及び電気的接触を有し得る。一つ以上の実施形態において、ブロッカプレート170は、ボルト又は類似の締め具を用いて、第二の電極156と連結されることができる。ブロッカプレート170は、ねじ山をつけることもできるし、第二の電極156の外径上にねじで取付けることもできる。
ブロッカプレート170は、第二の電極156から分配プレート168への複数のガス通路を設けるために、複数の開孔182を含む。開孔182は、分配プレート168への制御された且つ一様なガス流分布を提供するように、大きさが決められ、ブロッカプレート170のあちこちに配置されることができる。
一実施形態において、RF電源148が、整合回路152を通って、ペデスタル124の中に配置された導電性プレートに連結される。RF電源148によって生成された信号が、整合回路152を通ってペデスタル124へ第四のロータリコネクタ150を通って送られ、処理チャンバ100の中に供給された混合ガスをイオン化し、それにより、堆積、エッチング、又は他のプラズマプロセスを実行するのに必要なイオンエネルギーを供給する。追加のバイアス電源が、必要な場合、第四のロータリコネクタ150に連結され、処理チャンバ100の中のプラズマの特性を制御してもよい。
一実施形態において、RF電源148は、ペデスタル124にバイアス電力を供給して、それにより、処理チャンバ100の中に形成されたプラズマ中のイオンに衝撃を与える。例えば、プラズマシースが、処理チャンバ100の中に形成され得、プラズマシース内の陽イオンが、RF及びプラズマ自己DCバイアスによって加速され得、一方、陰イオンは、通常、プレシース領域の中で停止される。従って、バイアス電力は、非常に方向性のあるエッチングを可能にすることによって、強化エッチングを提供する。例えば、プラズマ本体からの正に帯電したイオンは、真っ直ぐ下に(すなわち、垂直に)エッチングし、基板上にトレンチ及びビアなどの微細構造を形成することを可能にする。ペデスタル124はまた、処理中に回転されて、処理チャンバ100内の処理条件の不均一性を軽減し得る。例えば、温度の不均一性、圧力の不均一性などのプロセス条件の不均一性、プラズマ密度、及び処理チャンバ100における他の条件が、ペデスタル124を回転させることによって、事実上、平均され得る。従って、ペデスタル上に支持された基板は、回転されたときに、実質的に均一な処理条件を経験するであろう。
図2は、図1の基板支持アセンブリ106の部分側面断面図であり、第一のロータリコネクタ134、第二のロータリコネクタ144、第三のロータリコネクタ146、及び第四のロータリコネクタ150の実施形態をより詳細に示す。加えて、基板支持アセンブリ106の回転可能な部分及び静止部分が、明確にするために識別されるであろう。
基板支持アセンブリ106の回転可能部分は、シャフトアセンブリ126、特にシールド部材125(図1に示される)のシャフト部127、中央シャフト128、及び絶縁シャフト130を含む。中央シャフト128は、第四のロータリコネクタ150の一部である誘電体シャフト200に連結する。第四のロータリコネクタ150は、良導体(例えば、アルミニウム、銅)である材料で作られたハウジング240の中に配置され得る。誘電体シャフト200は、第三のロータリコネクタ146の一部であるベースシャフト205に連結する。一実施形態において、ベースシャフト205は、ステンレス鋼材料から製造され、誘電体シャフト200は、セラミック材料から製造される。一実施形態において、誘電体シャフト200は、中空である。
第四のロータリコネクタ150は、(エネルギーを与えられると、静止コイル220と電磁結合する)回転可能コイル215を含む。良導体(例えば、Al、Cu)である材料から製造されるロータリプレート210が、誘電体シャフト200とベースシャフト205の間に配置され得る。加えて、シャフトアセンブリ126は、良導体(例えば、Al、Cu)である材料で作られた金属プレート244を含み得る。ハウジング240、ロータリプレート210及び金属プレート244の各々が、第四のロータリコネクタ150の外部でのRF磁場の発生を防止することによって、RF漏れを最小化するために利用される。
例えば、ハウジング240、ロータリプレート210及び金属プレート244の各々が、ロータリプレート210上に渦電流として現れる反対のRF磁場によって生成される、第四のロータリコネクタ150の外部のRF磁場の発生を防止する。言い換えると、RF磁場が、ハウジング240の内部に閉じ込められる。次に、渦電流によって引き起こされる、ハウジング240の壁上でのRF磁場の散逸が、第四のロータリコネクタ150に隣接した面に、銅及びアルミニウムなどの非常に導電性の金属を用いることによって、低減される。効率を更に向上させるために、誘電体ブレーク(図6で誘電体スリット610として示される)が、ハウジング240の内側表面上の円形渦電流の形成を防止する又は最小化するために、外壁240に配置され得る。示されていないけれども、ロータリプレート210及び金属プレート244は、その表面上の渦電流の発生を防止または最小化するために、その中に又はその上に形成される一つ以上の誘電体ブレークを含んでよい。
他の回転可能部分は、シールド部材125のシャフト部127の端部230に電気的に結合する、第二のロータリコネクタ144の回転可能な第一の部分225を含む。端部230は、図1に示されるペデスタル124に対して遠位である。導電性スペーサ235が、端部230及び回転可能な第一の部分225の間に配置され得る。導管207が、第一のロータリコネクタ134からペデスタル124(図1に示される)へ冷却剤を供給するために、ベースシャフト205、ロータリプレート210、誘電体シャフト200、及び中央シャフト128などの、シャフトアセンブリ126の回転可能部分の各々を通って形成され得る。
RFエネルギーが、RF電源148及び/又は整合回路152(図1に示される)から静止コイル220に供給される。回転可能コイル215及び静止コイル220のうちの一つ又は両方が、導電性コアを囲む絶縁部材を含み得る。RFエネルギーは、回転可能コイル215と磁気結合し、RFエネルギーは、コネクタ242を経由して中央シャフト128上で又は中央シャフト128を通ってペデスタル124(図1に示される)に効率的に供給される。シールド部材125(図1に示される)のシャフト部127のみならず、中央シャフト128が、アルミニウム材料から製造され得、この2つのエレメントが、絶縁シャフト130によって互いから絶縁される。回転可能コイル215及び静止コイル220のためのグランドコネクタが、それぞれ、ストリップ243A及び243Bとして示される。ストリップ243A及び243Bと同様に、金属プレート244及びコネクタ242は、銅又はアルミニウムなどの高導電性材料であり得る。静止コイル220は、回転可能コイル215との間に漏れ磁場を発生させ、これらの領域に近接する面上に強い渦電流を発生させるので、ストリップ243A及び243Bと同様に、コネクタ242は、静止コイル220と回転可能コイル215の間に置かれるべきではない。この実施形態において、ストリップ243Bは、回転可能コイル215の内側(すなわち、誘電体シャフト200と回転可能コイル215の間)にあり、そこでは、一次負荷電流及び二次負荷電流から生じる磁場が、実質的に互いに打ち消す。
回転部分でのRFリターンは、回転可能コイル215のストリップ243Bから始まり、第二のロータリコネクタ144の第一の部分225の内側部に進み、導電性スペーサ235に進み、最後に、シールド部材125のシャフト部127に進む。静止部分でのRFリターンは、ストリップ243Aから始まり、ハウジング240の壁に進み、整合回路152(図1に示される)のグランドに進む。RFリターン経路は、印加されたDC電圧のグランド基準として働かなければならないので、動作中、2つの分離されたRFリターン経路は、静電チャックシステムに関する問題を生じ得る。このために、導電性のロールリング/ブラシ/スリップリングが、2つのDCグランドを一つにするために、第二のロータリコネクタ144の第一の部分225と静止ハウジング256の間に用いられる。ロールリング/ブラシ/スリップリングは、RF電流が小さい地点に置かれるということが、更に留意される。RF電流が大きい場所に置かれた場合、アークが発生し得る。
ガスが、第三のロータリコネクタ146によってガス源145からペデスタル124(図1に示される)に供給され得る。第三のロータリコネクタ146は、複数の環状シール248と交互に並ぶ複数の環状ガス通路246を含むロータリユニオンであり得る。環状シール248の各々が、動的な真空シールであってもよい。ガスが、静止ハウジング252に形成された導管250によって、ガス源145から環状ガス通路246の少なくとも一つに供給される。ガス源145は、ヘリウムなどの、パージガス、又は裏側冷却用のガスを含んでもよい。ガスは、環状シール248によって、ベースシャフト205の外側表面と静止ハウジング252の内側表面の間の環状ガス通路246の中に入れられる。ガスは、その後、ベースシャフト205に形成された入口導管254に供給される。入口導管254は、ロータリプレート210、誘電体シャフト200及び中央シャフト128を通ってペデスタル124に伸びる。Oリング(図示せず)が、入口導管254と、ロータリプレート210、誘電体シャフト200及び中央シャフト128との各交差部分に用いられてもよく、そこで、入口導管254はペデスタル124へ伸びる。誘電体シャフト200へのセラミック材料の使用は、漏れ磁場によって引き起こされる渦電流による、そこを通過する流体(例えば、第一のロータリコネクタ134からの水又は他の冷却剤、及び/又は第三のロータリコネクタ146からのガス)の加熱を減少させる。加えて、金属材料が誘電体シャフト200に用いられる場合、渦電流及び/又は加熱は、更に悪化され得る。
ペデスタル124(図1に示される)内部のチャック電極用及び/又はヒータ用の電力が、第二のロータリコネクタ144によって電源143から供給され得る。電線が、電源143から第二のロータリコネクタ144の静止ハウジング256を通って設けられ得る。電線258は、ペデスタル124の中に取付けられた抵抗温度検出器(RTD’s)、熱電対、又はサーミスターからの信号を伝え、静電チャック用の電力(DC)、及びペデスタル124の中のヒータ用の電力(3相若しくは1相AC、又はDC)を供給する。電線258は、シャフトアセンブリ126の中に配置される。電線258は、中央シャフト128の中に形成された開口又は空所(図示せず)の中及び/又は中空コア129の内部に配置され得る。電線258のみが示されているけれども、一つ以上の電線、ケーブル、光ファイバ、又は電気信号及び電力を送ることができる他の導管であってもよい他の信号部材が、電線258と同様にペデスタル124に連結され得る。電線258は、絶縁カバー又は被覆によってシャフトアセンブリ126から絶縁されねばならない。更に、電線258は、金属シースによってシールドされねばならない。電線258がシールドされなかった場合、電線258が配置される開口又は空所に存在するRF電力は、電線258の表面上を伝わり得る。詳細には、この場合、電線258の表面が、RFの内部導体として働き、他方、中空コア129の内壁が、RFの外部導体として働く。これは、結局、不要なRF電力を横電磁波として効率的にペデスタル124に運び、エッチングプロセス中に非均一性をもたらすであろう不要なRFスポットを生ずる。しかしながら、電線258を覆うために金属シースが用いられるにしても、RF電力は、なお金属シースの表面上を伝わる。しかしながら、RFストッププレート131(図1に示される)の使用が、不要なRF電力がペデスタル124に影響を与えるのを防止する。RFストッププレート131の周囲が、RFホットな中央シャフト128に接続され、RFストッププレート131の孔(電線258を通すための)が、電線258のシールドされた金属に接続される。このように、RF構造は、RF回転側がDCショートした折り重ねられた同軸構造の一形態を有する。その結果、ペデスタル124の中の静電チャックのセラミック部分によって、プラズマ自己DCバイアスが受け取られる。
図2に記載された基板支持体アセンブリ106の実施形態がテストされ、テストベンチにはRF電力の大きな漏れがあったけれども、RF透過率の効率が75%であることを示し、従って、実際の効率は、さらに高いことが期待される。テストベンチ設計を超える、効率における80%までの上昇が、実際に実現され得ると、発明者は考える。
図3は、シャフトアセンブリ126のための取外し機構300の一実施形態を示す、シャフトアセンブリ126の一部分の側面断面図である。取外し機構300は、2ピースシャフトアセンブリ126を提供し、それにより、シャフトアセンブリ126の第一の部分305Aが、第二の部分305Bから容易に取付け又は取外しされ得る。第一の部分305Aは、中央シャフト128、絶縁シャフト130及びシールド部材125のシャフト部127、並びにペデスタル124(図1に示される)を含み得る。取外し機構300は、修理及び/又は処理チャンバ100(図1に示される)の中への取付けのために、シャフトアセンブリ126を分岐させるために用いられ得る。
一実施形態において、取外し機構300は、一つ以上の電気コネクタ315が中に配置されたプラグアセンブリ310、第一の中央シャフト325Aと第二の中央シャフト325Bの間のインターフェースにおけるシール面320、及びフレキシブルな導電性接続330を含む。シール面320は、Oリング(図示せず)などのシールを含み得る。プラグアセンブリ310は、ペデスタル124(図1に示される)の中の部品のための電気コネクタを含む。フレキシブルな導電性接続330は、処理チャンバ100の中のDC又はRFリターン経路のグランドを容易にするために用いられ得る。フレキシブルな導電性接続330は、導電性中間シャフト部材336とシールド部材125のシャフト部127の端部338の間に配置された導電性スプリング335であってもよい。絶縁スリーブ340が、導電性スプリング335を中央シャフト128から電気的に分離する。加えて、絶縁カバー342が、導電性スプリング335をハウジング344から電気的に絶縁する。取外し機構300は、動的シール348によって密閉されるポンピングチャネル346を含んでもよい。ポンピングチャネル346は、二次ポンピングのための真空ポンプに連結され得る。セラミック材料を含み得るベアリング350もまた、シャフトアセンブリ126に連結されているのが示される。
図4は、図1の処理チャンバ100の中で用いられ得る基板支持体アセンブリ400の別の実施形態の一部分の側面断面図である。基板支持体アセンブリ400は、図2に示された基板支持体アセンブリ106と類似しているが、第三のロータリコネクタ146及び第四のロータリコネクタ150において以下の違いがある。基板支持体アセンブリ400の第三のロータリコネクタ146は、真空ポンプと連結された一つ以上のポンピングチャネル405を含む。一つ以上のポンピングチャネル405の各々が、各ポンピングチャネル405を囲む2つの環状シール248を含む。加えて、第三のロータリコネクタ146は、パージガス又は裏側冷却ガスをペデスタル124(図1に示される)に供給するための追加のガス導管410を含む。図2に記載されているように、ガスが、ガス源145から導管250によって環状ガス通路246に供給される。追加のガスが、静止ハウジング252の中に形成された入口導管410によって供給されてもよい。入口導管410は、ガスを、環状ガス通路415へ、そして入口導管420へ供給する。入口導管254及び420は、ロータリプレート210、誘電体シャフト200及び中央シャフト128を通ってペデスタル124に伸びる。Oリング(図示せず)が、入口導管254及び420と、ロータリプレート210、誘電体シャフト200及び中央シャフト128との各交差部分に用いられてもよく、そこで、入口導管254及び410はペデスタル124へ伸びる。基板支持体アセンブリ400で用いられ得る第三のロータリコネクタの記載が、2002年10月3日に公開された米国特許出願公開第2002/0139307号に見出され得る。
第四のロータリコネクタ150は、誘電体シャフト200の中又は上に配置された回転フェライトシェル425及び静止コイル220を囲む静止フェライトシェル430を除いて、図2に記載された第四のロータリコネクタ150と類似している。回転フェライトシェル425及び/又は静止フェライトシェル430は、磁束の漏れを最小化する実質的に閉じた磁気回路を提供する。フェライト材料はまた、第四のロータリコネクタ150に隣接する部品の表面上での渦電流の発生を減少させる。渦電流の発生を減少させる際に、フェライト中の磁気ヒステリシスの消失が起こり得る。磁束密度Bは、1〜200MHzのような高周波において低く維持できるので、選択されたフェライトが磁気飽和に達する心配はほとんどない。従って、回転フェライトシェル425及び静止フェライトシェル430のフェライトは、処理チャンバ100の中で用いられるRF電力の範囲で低ヒステリシスフェライト材料であるべきである。概して、図4に示されるフェライト構造が、低いRF周波数(例えば、
)において好ましい。
)において好ましい。
図5Aは、図1の処理チャンバ100の中で用いられ得る基板支持体アセンブリ500の別の実施形態の一部分の側面断面図である。図5Bは、図5Aの基板支持体アセンブリ500の上面断面図である。本実施形態において、第四のロータリコネクタ150は、容量結合RFアプリケータとして描かれる。第四のロータリコネクタ150は、一つ以上の回転キャパシタ515とインターフェース接続する一つ以上の静止キャパシタ510を有する静止内部導体505を含む。静止内部導体505は、RF源148(及び、必要に応じて、整合回路152(両方とも図1に示される))と連結され得る。回転キャパシタ515は、中央シャフト128に直接に連結され得、そこでRFエネルギーは、ペデスタル124(図1に示される)に供給され得る。
図6は、図2に記載されたハウジング240として利用され得るハウジング600の一実施形態の上面断面図である。ハウジング600は、銅又はアルミニウムなどの導電性材料を含む円形本体605を含む。基板支持体アセンブリ106(図1に示される)の動作中、渦電流が、円形本体605の内側表面607上に形成され得る。渦電流の発生を最小化又は防止するために、円形本体605は、誘電体スリット610を含む。誘電体スリット610は、円形本体605の内部に縦軸に沿って形成された、誘電体材料620で満たされているスロット部615を含む。誘電体材料620は、セラミック材料であってもよいし、ポリマー材料であってもよい。誘電体材料620は、円形本体605の外側表面625から半径方向外側に突き出てもよい。一つの実施形態において、誘電体材料620の突出面は、導電性キャップ630を含んでもよい。導電性キャップ630は、円形本体605の外側へのRF電流の漏れを減少させるために利用される。誘電体材料620が、円形本体605の内側表面607と同一平面上又は同じ高さになるように、スロット部615の中に伸びてもよい。例えば、スロット部615は、円形本体605を完全に貫通して形成されてもよく、誘電体材料620で満たされる。そのようなものとして、誘電体材料620は円形本体605を分け、円形本体605の内側表面607に沿って流れるあらゆるRF電流が最小化又は除去され得る。
図7は、図1の処理チャンバ100の中で用いられ得る基板支持体アセンブリ700の別の実施形態の一部分の概略断面図である。図7に描かれた実施形態において、第四のロータリコネクタ150及び第二のロータリコネクタ144の位置が、図2及び図4に示された位置から交換されている。その結果、第二のロータリコネクタ144及び第三のロータリコネクタ146が、結合され、統合されたガス及び電気ユニット703になり、費用を節約しうる。電線258へのRFエネルギーの曝露を最小化するために、図7に示されるように、内部導電性シールド1000が配置される。
追加的に、ハウジング600が、静止部分705A及び回転可能部分705Bに分岐されてもよい。ハウジング600を分割することによって、回転可能部分705B(回転可能コイル215がその中に配置されている)が、エネルギーを与えられたときに、静止コイル220(静止部分705Aの中に配置されている)に対して回転することが可能になる。静止部分705Aが、シャフト部127の外側に配置される静止シールド710に連結されてもよい。一つ以上のベアリングなどの回転装置715が、シャフト部127と静止シールド710の間に配置され得る。追加的に、ロータリプレート210は、ロータリプレート210の一部がハウジング600の回転可能部分705Bとともに回転することを可能にする間隙720を含んでもよい。良導体(例えば、Al、Cu)である材料から製造されたロータリプレート210は、第四のロータリコネクタ150の中にRF電力を隔離する。従って、ハウジング600より下の部分(例えば、統合されたガス及び電気ユニット703を構成する第二のロータリコネクタ144及び第四のロータリコネクタ150)へのRF漏れが最小化される。一実施形態において、回転可能コイル215と静止コイル220の間の接触を回避するために、壁712が、回転可能コイル215と静止コイル220の間に配置されてもよい。壁712は、石英材料などの、RFエネルギーを透過する材料で作られ得る。
本実施形態において、図2に描かれた実施形態と同様に、一次RF電流が、RF発生器148からRFコネクタ725を経由して入り、静止コイル220に、それからストリップ243Aに流れる。その後、RFエネルギーは、ストリップ243Aから第四のロータリコネクタ150の内側に流れ、最後に、RFコネクタ725を経由してRF発生器148に戻る。二次電流が、回転可能コイル215の中に誘導され、コネクタ242に流れ出し、中央シャフト128の中に伝わり、ペデスタル124(図1)の中の導電性プレートに進み、図1の処理チャンバ100の中にプラズマを生成する。Rfエネルギーがプラズマの中で散逸した後、リターンRFエネルギーが、導電性シャフト部127の表面上を流れ得る。RFエネルギーは最後にストリップ243Bを経由して戻り、ループを作る。
図8A及び図8Bは、図7の基板支持体アセンブリ700の中で用いられ得る内部導電性シールド1000の実施形態を描く上面断面図である。示された断面図は、図7に示された内部導電性シールド1000のほぼ中心の線に沿って見ている。しかしながら、図7の内部導電性シールド1000の中に示された電線258並びに入口導管254及び420が、図8A及び図8Bでは明瞭さのために省略されている。
図8Aに示された例は、図6に示されたハウジング600の例と類似しており、内部導電性シールド1000の外側表面800上に誘導されるRF渦電流を妨げるために利用される。しかしながら、図8Aに描かれた実施形態では、ハウジング600と異なり、いくらかのRFエネルギーが、内部導電性シールド1000の内側に容易に漏れる。RF漏れは、任意のコイルの内部が強い磁場を有するという事実に主による。漏れたRFエネルギーは、電線258と結合し、強い品質の落ちたRF信号をもたらす。例えば、RF電流が漏れる場合、中央シャフト128の内部と電線258は、同軸構造を構成し得る。具体的には、中央シャフト128の内壁及び電線258は、それぞれ、同軸構造の外部導体及び内部導体になり得る。この状況において、RF伝播は非常に効率がよい。その結果、大きなRFフィルタが必要とされ、これは、基板支持体アセンブリ700に追加の体積を加え、基板支持体アセンブリ700に追加コストを加える。
図8Aの内部導電性シールド1000は、導電性材料で作られた円形本体805及び誘電体チャネル又は誘電体スリット810を含む。円形本体805の内部に縦軸に沿って形成された、スロット部815は、誘電体材料820で満たされている。誘電体材料820は、セラミック材料であってもよいし、ポリマー材料であってもよい。誘電体材料820は、円形本体805の外側表面800から半径方向内側に突き出てもよい。一つの実施形態において、誘電体材料820の内側への突出部は、導電性キャップ830を含んでもよい。導電性キャップ830は、円形本体805の内側へのRF電流の漏れを減少させるために利用される。誘電体材料820が、円形本体805の外側表面800と同一平面上又は同じ高さになるように、スロット部815の中に伸びてもよい。例えば、スロット部815は、円形本体805を完全に貫通して形成されてもよく、誘電体材料820で満たされている。円形本体805の内側表面807に沿って流れるRF電流が、最小化又は除去されるように、誘電体材料820は円形本体805を分ける。
図8Bは、導電性シリンダ825であり、外側表面830上に大量のRF渦電流を受けることが予期されるであろう。しかしながら、意外にも、回転可能コイル215と静止コイル220が互いに近接している場合、導電性シリンダ825の外側表面830上に誘導される渦電流は非常に小さいことが、電磁気シミュレーションにより示される。回転可能コイル215と静止コイル220が、そのように近接している場合、回転可能コイル215と静止コイル220の誘導結合は、実質的に理想的(すなわち、結合は、約90%よりも大きい)である。
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考え出すこともでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (16)
- 処理チャンバを備えるプラズマ処理システムであって、前記処理チャンバは、
前記処理チャンバ内にプラズマキャビティを少なくとも部分的に画定する、前記処理チャンバの第一の電極と、
前記処理チャンバの第二の電極であって、前記第二の電極を通る複数の開孔を画定し、前記処理チャンバ内にプラズマキャビティを少なくとも部分的に画定する、第二の電極と、
基板支持体アセンブリと
を備え、前記基板支持体アセンブリは、
シャフトアセンブリと、
前記シャフトアセンブリの一部分に連結されたペデスタルと、
前記シャフトアセンブリに連結された第一のロータリコネクタと
を備え、前記第一のロータリコネクタは、回転可能な高周波アプリケータを備え、前記回転可能な高周波アプリケータは、
作動中に前記シャフトアセンブリと電磁結合される、回転可能なシャフトを囲む第一のコイル部材であって、作動中に前記回転可能なシャフトとともに回転可能である第一のコイル部材と、
前記第一のコイル部材を囲み、前記第一のコイル部材に対して静止している第二のコイル部材であって、前記回転可能な高周波アプリケータが、エネルギーを与えられ前記シャフトアセンブリを通って前記ペデスタルに高周波電力を供給するとき、前記第一のコイル部材と電磁結合する、前記第二のコイル部材と、
前記シャフトアセンブリの回転可能部分と前記第一のコイル部材を結合する第一のグランド部材と、
前記シャフトアセンブリの静止部分と前記第二のコイル部材を結合する第二のグランド部材と
を備える、プラズマ処理システム。 - 作動中、前記第一のグランド部材と前記第二のグランド部材とが、2つの分離されたRFリターン経路を提供し、統一されたDCグランド基準を生成する、請求項1に記載のプラズマ処理システム。
- 前記回転可能な高周波アプリケータにエネルギーが与えられたとき、前記第一のコイル部材が前記第二のコイル部材と誘導結合する、請求項1に記載のプラズマ処理システム。
- 前記回転可能なシャフト部材が、誘電体材料を含む、請求項1に記載のプラズマ処理システム。
- 前記回転可能なシャフトが、フェライト構造を含む、請求項3に記載のプラズマ処理システム。
- 前記ペデスタルに冷却剤を供給するための第二のロータリコネクタを更に備える、請求項1に記載のプラズマ処理システム。
- 前記ペデスタルに及び前記ペデスタルから電気信号/電力を伝送するための第三のロータリコネクタを更に備える、請求項6に記載のプラズマ処理システム。
- 前記ペデスタルにガスを供給するための第四のロータリコネクタを更に備える、請求項7に記載のプラズマ処理システム。
- 前記シャフトアセンブリが、
前記第一のコイル部材と電磁結合された導電性中央シャフトを更に備える、請求項1に記載のプラズマ処理システム。 - 前記導電性中央シャフトは、前記ペデスタルの中に配置された、前記導電性中央シャフトの端部に配置された円形の導電性プレートを含む、請求項9に記載のプラズマ処理システム。
- 前記回転可能な高周波アプリケータの周囲に配置された導電性ハウジングを更に備える、請求項9に記載のプラズマ処理システム。
- 前記導電性ハウジングが、誘電体材料を含むスリットを備える、請求項11に記載のプラズマ処理システム。
- 前記スリットが、前記導電性ハウジングを通って形成される、請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 処理チャンバを備える処理システムであって、前記処理チャンバは、
前駆体入口アセンブリと、
前記処理チャンバの処理領域への流体アクセスを提供する複数の開孔を画定する第一の分配プレートと、
前記第一の分配プレートと前記前駆体入口アセンブリとの間に配置された、複数の開孔を画定する第二の分配プレートと、
基板支持体アセンブリと
を備え、前記基板支持体アセンブリは、
シャフトアセンブリと、
前記シャフトアセンブリの中央部分に連結され、前記処理チャンバの前記処理領域内に配置されたペデスタルと、
前記シャフトアセンブリに連結された第一のロータリコネクタと
を備え、前記第一のロータリコネクタは、
作動中に前記シャフトアセンブリと電磁結合される、回転可能な誘電体シャフトを囲む回転可能コイル部材と、
前記回転可能コイル部材を囲む静止コイル部材と、
前記静止コイル部材の周囲に配置された導電性ハウジングと
を備え、前記回転可能コイル部材が、エネルギーを与えられ前記シャフトアセンブリの前記中央部分に連結されたコネクタを介して前記ペデスタルに高周波電力を供給するとき、前記回転可能コイル部材は、前記静止コイル部材と電磁結合する、処理システム。 - 前記導電性ハウジングは、前記静止コイル部材と、前記回転可能な誘電体シャフトを囲む一つ以上の導電性プレートと、を囲む円形ハウジングを含む、請求項14に記載の処理システム。
- 作動中、2つの分離されたRFリターン経路が、統一されたDCグランド基準を生成するように形成される、請求項14に記載の処理システム。
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