JPH10144614A - Cvdプラズマリアクタにおける面板サーマルチョーク - Google Patents
Cvdプラズマリアクタにおける面板サーマルチョークInfo
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- JPH10144614A JPH10144614A JP9288820A JP28882097A JPH10144614A JP H10144614 A JPH10144614 A JP H10144614A JP 9288820 A JP9288820 A JP 9288820A JP 28882097 A JP28882097 A JP 28882097A JP H10144614 A JPH10144614 A JP H10144614A
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Abstract
ャワーヘッド電極を有している新規なプラズマ式CVD
リアクタを提供すること。 【解決手段】 シャワーヘッド102は、ウェハの方に
処理ガスを噴射するための多数の噴射孔104を有して
いる。噴射孔を有するシャワーヘッドの領域を囲むよう
にして2本の深い溝140,142が形成されている。
これらの溝はシャワーヘッドの両面側から形成され、径
方向に互いに離隔されており、これにより溝間に薄い壁
146が形成される。この壁はサーマルチョークとして
作用し、シャワーヘッドのサポートへの熱の流れを低減
し、また、シャワーヘッドの表面全域にわたる温度分布
をより均一とする。この薄い壁は、更に、シャワーヘッ
ドとそのサポートとの間の熱膨張差を許容するための機
械的ベローズとしても機能する。
Description
体集積回路のような基板のプラズマ処理のための装置に
関する。より詳細には、本発明は、プラズマリアクタ、
特に化学的気相堆積用のプラズマリアクタにおけるガス
流に必要とされる構成要素に関する。
形成される半導体集積回路やその他の積層構造の製造の
ための周知プロセスである。CVDにおいては、半導体
ウェハ又は他の基板が真空チャンバの内部において減圧
下で前駆ガスにさらされる。この前駆ガスはウェハの表
面で反応し、そのウェハ上に或る成分を堆積する。例え
ば、シリコン(ケイ素)を堆積するのに、シラン(Si
H4)が前駆ガスとして用いられることが多く、また、
二酸化ケイ素についてはTEOS(tetraethylorthosil
icate)がしばしば用いられている。ウェハが十分に高
い温度に加熱された場合、反応は熱活性化される。しか
し、多くの場合、熱活性化を効率よく行うために必要な
温度は、極めて高温であると考えられる。別の方法、い
わゆるプラズマ促進式CVD、すなわちPECVDにお
いては、前駆ガスをプラズマに励起するために電気的手
段が用いられている。プラズマは、前駆ガス及びその成
分のイオン及び/又はラジカルを生成する。これらは極
めて容易に反応する。従って、ウェハの温度を非常に低
温に保持することができる。
o等により、米国特許第5,558,717号明細書に
開示されている。なお、この米国特許明細書の内容は本
明細書で援用する。このタイプのCVDリアクタは、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
インコーポレイテッドから、DxZチャンバの商品名で
入手することができる。図1の断面図は前記米国特許の
CVDチャンバを示している。ウェハ(図示せず)は処
理中にペデスタル10上で支持される。また、このペデ
スタル10は、下部チャンバボディ14のスリットバル
ブ開口部12及び下部チャンバボディ14の内側のセラ
ミックリング16を通してウェハを真空チャンバ内に搬
入するために又は真空チャンバから搬出するために、下
降され得る。
ある中央供給分配システムを通り、アルミニウムのよう
な導電性金属から成る面板22における多数(数千)の
噴射孔20を通って流れる。このガス分配システムは、
1996年10月18日に出願された米国特許出願第0
8/734,015号(発明の名称:円錐形ドームを有
する誘導結合型平行プレートプラズマリアクタ)に、S
chneider等により開示されている。噴射孔20
を有する面板22の前面部分は、シャワーヘッド24と
呼ばれている。図示するように、処理中、シャワーヘッ
ド24はウェハに対向し近接して配置され、その孔開き
領域はウェハの領域と実質的に同一面積で広がってい
る。処理ガスはシャワーヘッドの孔20を通ってウェハ
上に流れ、その後、ほぼ径方向外方に流れて環状のポン
ピングチャネル26(これは、処理中、ペデスタル10
の上縁部を実質的に囲む)に至る。使用済みガスはポン
ピングチャネル26の絞り28を経て排気マニホールド
29に排気される。バルブ30は、図示しない真空ポン
ピングシステムによりポンプ吸引される排気口32に排
気ガスを導く。
リッド(蓋)フレーム34において保持されている。こ
のリッドフレーム34はOリング36により下部チャン
バボディ14にシールされている。リッドレーム34は
水平方向のヒンジ(図示せず)を中心として枢動し、下
部チャンバボディ14から上昇でき、技術者がチャンバ
の内部を保守することができるようになっている。図示
するように、ポンピングチャネル26は、リッドフレー
ム34と、下部チャンバボディ14と、チャンバボディ
14上に第1のセラミック製リング16を介して支持さ
れた第2のセラミック製リング38との間に形成されて
いるが、このポンピングチャネル26は主にリッド
(蓋)内に延びている。
て用いられるとしたものである。ペデスタル10は通常
接地されており、面板22に機械的に且つ電気的に固定
されたカバー40は、RF(高周波)電源42に接続さ
れている。従って、処理空間44は、シャワーヘッド2
4とペデスタル10とからそれぞれ成るRF駆動電極に
より囲まれている。十分なRF電力が加えられると、シ
ャワーヘッド24とペデスタル10との間の処理空間4
4内の処理ガスはプラズマに励起され、ウェハの表面上
のCVD反応を活性化する。これにより、反応は比較的
低温で行われ、形成される集積回路の熱合計(thermal
budget)にもほとんど影響を与えない。
ニウムのような金属から作られ、安全上の理由から、接
地されている。環状の絶縁体(アイソレータ)46が、
RF駆動の面板24をリッドフレーム34及び下部チャ
ンバボディ14から電気的に絶縁されているが、下部チ
ャンバボディ14には電気的に接続されている。絶縁体
46は、アルミナのようなセラミック材料又はテフロン
のような強固なプラスチックから作られ、これらの材料
は共に高い電気絶縁性を与える。
チ)ウェハ用に設計されたものである。300mm(1
2インチ)ウェハのためにチャンバを拡大することは、
別の問題を引き起こすと共に、基本的設計を改良するた
めの機会を与える。
シャワーヘッド24の温度は、厳密に制御されていな
い。ペデスタル10は抵抗コイルにより積極的に加熱さ
れるが、面板22は積極的に加熱されたり冷却されたり
はしない。シャワーヘッド24は、プラズマからの衝突
による加熱及びペデスタルの放射加熱のために、約20
0℃であると見積もられている。温度はペデスタル10
とシャワーヘッド24との間で平衡する傾向があるが、
シャワーヘッドの熱のいくらかは、面板22の外側部分
と上部部分を通ってリッドフレーム34に、そして最終
的には下部チャンバボディ14及び他の周辺部に取り付
けられた部品に放散される。
に高くはないが、それでもなお、面板22、リッドフレ
ーム34、チャンバボディ14その他の部品をシールす
るOリングにおいて信頼性及び寿命の問題を引き起こ
す。従って、面板22の裏側の温度を減じることが望ま
しい。
sink)により、少なくとも2つの関連の問題が生ず
る。熱生産はシャワーヘッドの全領域にわたりほぼ均一
であり、熱は、ほぼ均一な熱伝導を有する経路を経て、
より低温の周辺領域へと流れる。その結果として、シャ
ワーヘッド24の中心部は、周辺部の近傍部分よりも高
温となる。温度のこの径方向の不均一性は、堆積率の均
一性に影響を与え、また、シャワーヘッド24に熱応力
を発生させる。熱応力によりシャワーヘッド24は湾曲
し、その結果生ずる処理空間のギャップサイズの変動に
よりプラズマが不均一となり、堆積が不均一となる原因
ともなる。この温度の不均一性は、より大きなウェハサ
イズでは相当に悪化する。
(通常は多数のガス噴射孔を有し、もってシャワーヘッ
ドを構成する領域)を囲む2本の環状の溝を有するプラ
ズマリアクタ用の面板として要約され得るものである。
溝は、面板の両サイドから形成され、互いに横方向の面
内で互いに離隔(オフセット)されており、また、溝間
で薄い壁を形成するのに十分なほど深く形成されてい
る。この壁は、シャワーヘッドをそのサポート及び真空
シールから非常に有効に熱的に絶縁するサーマルチョー
ク(熱的絞り)として機能するものである。また、壁
は、熱膨張を許容するための機械的なベローズとしても
機能する。
低温のシャワーヘツド用サポートから熱的に良好に絶縁
するために、また、熱膨張差を許容するために、面板の
シャワーヘッド部分についてのサーマルチョーク及び機
械的ベローズを提供する。図示のリアクタは、300m
mウェハ用に設計されたものであるが、図1の200m
mチャンバの特徴の多くが組み込まれている。
である図2に示すように、シャワーヘッド102は多数
の噴射孔104(図には数本のみ示す)を有している。
シャワーヘッド102は、処理領域108を横切って配
置されたペデスタル106に面している。ウェハ(図示
せず)は、孔104を通して処理領域108内に噴射さ
れる処理ガスからCVD堆積が行われるよう、ペデスタ
ル106の凹部110内に支持される。また、ウェハを
適正な堆積温度に加熱するために、電気ヒータ(図示せ
ず)がペデスタル106内に保持されている。
は、シャワーヘッド102の後方で、径方向外方に延び
る面板フランジ116を介してリッド(蓋)フレーム1
14上に支持されている。リッドフレーム114と面板
フランジ116との間にはL字状の環状絶縁体118が
配置されており、電気的にバイアスされる面板100を
接地されたリッドプレーム114から電気的に絶縁する
ようになっている。面板フランジ116、絶縁体118
及びリッドフレーム114を真空シールするために、2
本のOリング溝120,122内にOリングが嵌合され
ている。ガス入口マニホールドのためのカバー124が
面板フランジ116の上面に支持され、Oリング溝12
6内のOリングにより面板フランジ116に対してシー
ルされている。カバー124は面板に対して機械的に且
つ電気的に接続されており、RF電源により電気的にバ
イアスされる。リッドフレーム114はOリング溝12
8内のOリングにより下部チャンバボディ14に対して
シールされている。前述したように、これらのOリング
が受ける温度を減じることが望まれている。
6との間には円筒形のハンガ壁130が垂直方向に延び
ており、これは、水平方向に広がるリム132(その厚
さはシャワーヘッド102の厚さよりも小さい)により
シャワーヘッド102に連結されている。リム132の
水平方向の広がりは、図1のリアクタの対応部分よりも
薄いハンガ壁130により、適応されている。
射孔104の領域の外側で面板100のリム132に形
成された2本の深い環状の溝140,142によって形
成されている。溝140,142は、互いに径方向に離
隔ないしはオフセットされており、また、リム132の
両面から、リム132の厚さの半分よりも相当に大きな
深さで機械加工されたものである。その結果として、薄
い環状壁146が溝140,142の間に形成されてい
る。この構造の機械的な強度は、面板リム132の上面
から内側溝140を、そして、下面から外側溝142を
機械加工することにより薄い壁146に適当な張力をか
けた状態で維持することによって、増強される。本発明
の特定の実施形態において、溝140,142は、それ
ぞれ対応する面から、リム132の厚さの約3分の2の
距離をもって延びており、80mil(2mm)の幅を
有している。また、これらの溝140,142は、薄い
壁146が80mil(2mm)の厚さを有するよう、
径方向にオフセットされている。溝及び壁の幅について
の寸法は、40〜160mil(1〜4mm)の範囲内
であることが好適である。
能、すなわちサーマルチョーク及び伸縮ベローズとして
の機能を果たす。シャワーヘッド102からハンガ壁1
30及び面板フランジ116までの熱の経路は、薄い壁
146を通っている。この壁146は、機械的な支持に
必要とされる面板100の他の部分の厚さよりも相当に
薄い。薄い壁146における熱的経路のこの薄さないし
は短さは、当該壁146での熱的抵抗を大きなものとす
る。この熱的抵抗は、シャワーヘッド102の熱的抵抗
やハンガ壁130及び面板フランジ116の熱的抵抗よ
りも遙かに大きい。その結果、薄い壁146の前後での
温度差は、シャワーヘツド102の前後或はハンガ壁1
30と面板フランジ116との組合せ物の前後での温度
差よりも相当に大きなものとなる。従って、シャワーヘ
ッド102は比較的に均一な温度分布となり、堆積は均
一なものとなる。また、これに対応して、ハンガ壁13
0及び面板フランジ116(非常に低い温度まで熱吸収
されている)の前後にわたる温度降下が小さいことは、
溝120,122,126,128内におけるOリング
はシャワーヘッド102の200℃よりも相当に低い温
度にさらされることを意味する。
温度分布は、シャワーヘッド102が受ける熱応力差が
小さく、従って湾曲が小さいということを意味する。こ
の湾曲は、ウェハ全面にわたる堆積の不均一性の原因と
なるものである。
0の連続性は、取扱い容易な部材を提供するものであ
り、処理領域108においてプラズマを励起するのにR
F電力を印加するために、面板フランジ116からシャ
ワーヘッド102への電気的接触を可能とするものであ
る。
れる薄い壁146とにより機能されるサーマルチョーク
を横切る方向での大きな温度差のために、高温のシャワ
ーヘッド102は低温のハンガ壁130に対して膨張す
る。しかし、薄い壁146は、その長さが厚さよりも非
常に大きくされている。従って、壁146は面板100
の径方向においてたわみ或は湾曲し、これによって熱的
歪みを許容すると共に、シャワーヘッド102の位置へ
の影響を極く最小限とすることができる。すなわち、2
本の溝140,142は、垂直方向の支持と真空シール
とを可能とすると共に幾らかの水平方向の動きを許容す
ることのできる機械的ベローズとして機能する。熱応力
下でのシャワーヘッド102の機械的安定性が改善され
ることにより、プラズマの均一性、ひいては堆積の均一
性が改善される。
ッドフレーム114、下部チャンバ壁14及びセラミッ
ク製リング16によりポンピングチャネル150が画成
されている。ポンピングチャネル150の壁面にはチャ
ネルライナが配置されるのがよく、その正確な形状は堆
積プロセス及びガス流にとり最適化され得る。
して説明したが、面板の同様な設計構造はエッチングリ
アクタ、特にプラズマ式エッチング装置に適用可能であ
る。
変形を低減することにより、より均一な堆積を可能とす
るが、かかる改良は、既存の設計の非常に簡単な変更に
よって得られるものである。
一部を示す断面図である。
孔、106…ペデスタル、108…処理領域、114…
リッドフレーム、116…面板フランジ、118…絶縁
体、130…ハンガ壁、132…リム、140,142
…溝、146…薄い壁。
Claims (7)
- 【請求項1】 略円形のプレートと、 前記プレートの中央円形部分に、該プレートを実質的に
直角に貫通して形成された複数の孔と、 前記中央円形部分を囲むようにして前記プレートの両面
に形成された第1及び第2の円形の溝と、を備えるガス
面板であって、 前記第1及び第2の溝が、互いに径方向に離隔されると
共に、それぞれ前記プレートの厚さの半分以上の深さで
穿設されて、前記溝間で前記プレートに壁を形成してい
る、ガス面板。 - 【請求項2】 環状のフランジと、該フランジを前記プ
レートの第1の面に連結する壁とを更に備え、 前記第1の溝が前記プレートの前記第1の面に形成さ
れ、前記第2の溝の径方向内側に設けられている、請求
項1記載のガス面板。 - 【請求項3】 真空チャンバと、 前記チャンバ内で基板を保持するためのペデスタルと、 前記チャンバの一側に配置されており、処理ガスを前記
ペデスタルの方向に導くために複数の孔が貫通して形成
されているガス面板と、 前記ガス面板の裏面に前記処理ガスを供給するために、
前記ペデスタルとは反対の前記ガス面板の側に配置され
たガス分配システムと、を備える基板処理リアクタであ
って、 前記ガス面板が、前記孔を囲むようにして当該ガス面板
の両面に形成された少なくとも2本の溝を有しており、
前記溝が、前記ガス面板の面内で互いに離隔されると共
に、前記ガス面板をそれぞれ十分な距離で穿設して、前
記溝間で、該溝の深さ方向に沿って延びる壁を形成して
いる、基板処理リアクタ。 - 【請求項4】 前記溝のうち第1の溝が前記ガス面板の
前記裏面に形成され、第2の溝と前記孔との間に配置さ
れている、請求項3に記載の基板処理リアクタ。 - 【請求項5】 前記真空チャンバが、チャンバボディ
と、前記チャンバボディに取外し可能にシールされる蓋
とを備え、 前記ガス面板が前記蓋に取り付けられている、請求項3
に記載の基板処理リアクタ。 - 【請求項6】 前記ガス面板が、前記蓋に取付け可能な
フランジと、前記蓋から離れる方向であって、前記溝及
び前記孔を含む前記ガス面板の部分に向かう方向に前記
フランジから延びる壁とを備えている、請求項5に記載
の基板処理リアクタ。 - 【請求項7】 前記溝のうち第1の溝が前記ガス面板の
前記裏面に形成され、第2の溝と前記孔との間に配置さ
れている、請求項6に記載の基板処理リアクタ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/735386 | 1996-10-21 | ||
US08/735,386 US5882411A (en) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | Faceplate thermal choke in a CVD plasma reactor |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP28882097A Expired - Lifetime JP4371442B2 (ja) | 1996-10-21 | 1997-10-21 | 反応チャンバにガスを供給する為の面板、および、反応チャンバ |
Country Status (3)
Country | Link |
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US (1) | US5882411A (ja) |
JP (1) | JP4371442B2 (ja) |
KR (1) | KR100492135B1 (ja) |
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