JP2012243771A - プラズマアプリケーション用の大面積ｉｃｐソース - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合プラズマ処理装置において、大きな面積であっても効率的に高周波エネルギーを供給する高周波コイル配置を提供する。
【解決手段】誘電結合プラズマチャンバー２００のためにＲＦエネルギーを結合するための配置であり、ＲＦコイル２１５又はＲＦ放射体は、チャンバー２００のシーリング２２０に形成された溝の内部に組み込まれており、絶縁フィラーは、溝内のコイルを覆っている。シーリング２２０は、二つのプレート、つまり、導電性物質からなる上部プレートと誘電体物質からなる底部プレートからなり、物理的に接触している。コイルからの磁場の拡散を制御する磁気シールドはコイル２１５の上方に設けられてもよく、流体流路は、熱制御を提供するために導電性プレート内に設けられてもよい。また、流体導管は、金属プレートと誘電体プレートとの間のスペース中にガスを注入できるように設けられてもよい。
【選択図】図２Ａ

Description

（技術分野）
本開示は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバーに関し、より具体的には、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などの製造のために用いられるチャンバーのような、大面積シーリングを有するＩＣＰチャンバーに関する。

（関連技術の参照）
本願は、２０１１年５月１７日に提出された米国仮出願番号第６１／４８７，２３８号の優先権の利益を主張し、その開示された内容の全体をここに参照により組み込むものとする。

誘導結合プラズマチャンバーは従来から良く知られている。図１は、シリコンウエハーにおける集積回路の製造のために一般的に用いられるＩＣＰチャンバーの従来のデザインを示している。真空チャンバー１００は、処理基板１１０を支持するために内部に配置された台座１０５を有している。ＲＦ生成器１２５はコイル１１５に接続されており、該コイル１１５は誘電体窓１２０の上方に配置されている。誘電体窓１２０は基本的に真空チャンバー１００のシーリングとして機能する。

従来技術の配置は、半導体基板を処理するために機能し得る。しかしながら、基板が標準的な半導体ウエハーよりも大きいとき、例えばフラットパネルディスプレイ基板であるとき、又は、太陽電池などのために複数の基板がチャンバー内で同時に処理されるとき、真空チャンバーのサイズはずっと大きい。その結果、誘電体窓シーリングはより大きくなければならない。誘電体窓がより大きくなると、誘電体窓はまた、チャンバー内で真空引きされるときに大気による力に対抗できるようにより分厚くする必要がある。しかしながら、誘電体窓が分厚くなるとき、コイルは処理基板から離れ、分厚いその窓は、チャンバー内のプラズマを維持させるためにＲＦエネルギーの非効率カップリングを引き起こす。

したがって、ＩＣＰチャンバー用に、さらに、より大きいシーリング及びコイルを有するチャンバー用においても、改良された配置に対する要求が存在している。

後述する手段は、本開示の幾つかの側面及び特徴の基本的な理解を提供するために含まれているものである。本手段は、本発明の広範な要旨ではなく、そのため、本発明の鍵や重要な要素を特別に特定する意図ではない。その唯一の目的は、以下で提案される、より詳細な説明に対する除外として、単純な態様にて、本発明の幾つかの概念を提案するものである。

本発明の側面は、いかなるサイズのチャンバー用に実行され得るものであって且つプラズマを維持させるためにチャンバー内へのＲＦエネルギーの効率的カップリングを実現できるＩＣＰの配置を提供する。

開示された側面によると、ＲＦコイルは誘電体窓内部に組み込まれている。種々の実施形態によると、ＲＦコイルは、真空チャンバーの内部に位置しているが、プラズマに晒されない。

一実施形態によると、誘電体窓は、実質的に、誘電体物質からなる平坦なプレートとして形成されている。溝は、誘電体窓中に形成されており、ＲＦコイルは溝内部に挿入されている。絶縁フィラーは、ＲＦコイルを有する溝を覆うために設けられている。溝は、誘電体窓の上部側に形成されてもよく、その場合には、コイルは大気下ある。又は、溝は、プレートの底部側に形成されてもよく、その場合には、コイルは真空環境下にある。

さらなる実施形態によると、誘電体窓は、実質的に、金属からなる平坦なプレートとして形成されている。溝は金属プレート中に形成されており、ＲＦコイルは溝内に挿入されている。導電性カバーは、コイルの上方に設置されており、それにより、コイルの上方に磁気シールドを提供するが、磁場はコイルの下側で発散し、チャンバーの内部でプラズマを維持することができる。絶縁フィラーはＲＦコイル及びカバーを有する溝を覆うように設けられている。フィラーは、コイルとシールドとの間、シールドと誘電体プレートとの間、又はその両方に、設けられてもよい。誘電体プレートは、導電性プレートの底部に設けられており、それにより、真空からはコイルを隔離する一方で磁場をチャンバー内に与えることができる。

更なる実施形態によると、流体流路は、熱制御を提供できるように、導電性プレート内に設けられてもよい。また、気体導管は、アルゴン又は窒素のような気体を吸収して金属プレートと誘電体プレートとの間のスペース内に導入することができるように、設けられてもよい。

本発明の他の側面及び特徴は、後述する図面を参照してなされる詳細な説明から明らかであろう。詳細な説明及び図面は、付属の請求項によって規定される、本発明の種々の実施形態に係る種々の限定されない例を提供するものであると理解されるべきである。

添付の図面は、明細書の組み込まれてその一部を構成するものであるが、種々の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の主たるところを説明し例示する機能を有する。図面は、図表の態様で例示的な実施形態の主要な特徴を説明するために意図されたものである。図面は、実際の実施形態の各特徴を記述するために意図されたものではないし、記述された要素の相対的な大きさを記述するために意図されたものでもなく、それゆえ、縮小率で描画されていない。
図１は、シリコンウエハーにおける集積回路の製造のために一般的に用いられるＩＣＰチャンバーの従来のデザインを示している。 図２Ａは、開示された実施形態における、ＩＣＰチャンバーと誘電体シーリング及びコイルの配置とを概略的に示している。 図２Ｂは、開示された実施形態における、ＩＣＰチャンバーと誘電体シーリング及びコイルの配置とを概略的に示している。 図２Ｃは、開示された実施形態における、ＩＣＰチャンバーと誘電体シーリング及びコイルの配置とを概略的に示している。 図２Ｄは、開示された実施形態における、ＩＣＰチャンバーと誘電体シーリング及びコイルの配置とを概略的に示している。 図３は、一実施形態における、別のシーリング及びコイルの配置を示している。 図４は、一実施形態における、また別のシーリング及びコイルの配置を示している。 図５は二つの変形例を示しており、その一方又は双方は図３又は図４の実施形態に対してなされてもよいものを示している。 図６は、開示されたもう一つの実施形態の幾分かのハイブリッドである別の実施形態を示している。

これから、組み込まれたコイルを用いてＲＦエネルギーの効率的なカップリングを実現する種々の実施形態を説明する。幾つかの実施形態では、ＲＦコイルは大気環境にある一方で、他の実施形態では、コイルは、処理チャンバーの真空環境内にある。

図２Ａは、処理チャンバーの実施形態を示しており、そこでは、ＲＦコイルが誘電体窓内に組み込まれており、一方で、図２Ｂ〜２Ｃは、誘電体窓を形成するシーリング内に組み込まれたコイルの配置を示している。図１における対応する要素に関連する図２Ａ〜２Ｄにおける参照数字は、２ｘｘシリーズである点を除いて、同じである。具体的に示されていないが、図２の実施形態のチャンバー２００は、図１の実施形態のチャンバーよりもずっと大きくてもよく、該チャンバー２００は、一つの大きな基板２１０又は幾つかの小さな基板２１０を処理してもよい。その結果、シーリング２２０はシーリング１２０よりも大きくて且つ分厚くてもよい。しかしながら、コイル２１５をプラズマにより近づけて配置するために、コイル２１５は誘電体窓内に組み込まれている。

図２Ｂは、シーリング２２０の上面図又は底面図（実施形態２Ｃ又は２Ｄが用いられるか否かに基づいている）を示している。溝２３０は、図２Ｃ及び図２Ｄの断面Ａ−Ａにおいて分かるように、誘電体シーリング中に切り込まれて設けられており、該誘電体シーリングは実質的には誘電体プレートである。コイル２１５は溝中に挿入されており、該溝は、シリコン又はエポキシからなるフィリング２３５のような絶縁樹脂が充填されている。図２Ｃに記述された実施形態によると、溝は、上部、つまり、シーリング表面の外側に形成されており、それにより、コイルは真空チャンバーの外側に位置している。反対に、図２Ｄに記述された実施形態によると、溝は、下部、つまり、シーリング表面の内側に形成されており、それにより、コイルはチャンバーの真空環境内に位置している。双方の実施形態において、シーリングの底部は平坦を維持し、それにより、プラズマはいつでも平坦なシーリングを「見る」。

図３は、大きな処理チャンバー用に特に有益である別のシーリング及びコイルの配置を示している。図３の実施形態を用いて説明すると、誘電体窓は、シーリングのサイズにかかわらず、薄く形成され得る。図３の実施形態によると、シーリングは、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属製バックプレート３２２と誘電体窓３２４とのサンドウィッチ状のものから形成されている。誘電体窓３２４は、バックプレート３２２に取り付けられてもよく、又は、ブラケット（取り付け用金具）３５０を用いて保持されてもよく、又は、その両方であってもよい。そうでない場合には、バックプレート３２２と誘電体窓３２４とを保持するためのいかなる方法を利用することも可能である。

溝３３０は、金属製バックプレートの底部に形成されている。コイル３１５は溝の内部に位置しており、誘電体窓３２４によって被覆されている。金属製バックプレート３２２は十分に強力であって大気による力を克服できるので、誘電体窓３２４は薄く形成され得る。

一実施形態によると、コイルは溝３０内で中断されており、溝の内部は真空が維持され得る。しかしながら、そのような配置を用いると、コイル３１５によって生成される磁場に対する制御は不十分である。それゆえ、別の実施形態によると、磁場形成カバー３４５は、コイル３１５と金属製バックプレート３２２との間に設けられている。該カバー３４５はフェライト物質からなり、磁場を適切に閉じ込める又は形成するために要求される馬蹄形の断面又はその他の形状を有してもよく、それにより、ＲＦエネルギーは効率的にプラズマにカップリングされる。

こうした配置を用いることで、ＲＦエネルギーは効率的にプラズマにカップリングされ得、それにより、コイル３１５は熱くなり過ぎるべきではない。しかしながら、コイル及び／又はカバーの熱制御が必要な場合には、コイル３１５とカバー３４５との間のスペース、及び／又はカバー３４５とバックプレート３２２との間のスペースは、絶縁物質３４０及び３５０で充填されてもよく、絶縁物質３４０及び３５０のいずれか一つは、熱導電性を有するシーラントであってもよい。

図４は、一実施形態に係るまた別のシーリング及びコイルの配置を示しており、そこでは、コイルは、チャンバーの真空側に位置している。こうした配置により、ＲＦエネルギーはプラズマに効率的にカップリングすることができるが、チャンバーのサイズにかかわらず大きな厚みの誘電体窓が要求されることはない。この実施形態によると、シーリング４２２は金属製の物質からなり、ちょうど図３のそれと同じように、溝４３０内にコイルとカバーの配置が含まれている。しかしながら、シーリングの底部に取り付けられた大きな誘電体窓を有するよりもむしろ、小さい誘電体プレート４２４が溝４３０のみを被覆するように設けられている。

図５は、二つの変形例を示しており、そのいずれか一方は図３の実施形態に対してなされてもよいが、一方又は双方の変形例はまた、図４に示された実施形態に対してなされてもよい。図５の実施形態では、バックプレート５２２は積極的に冷却されている。具体的には、流体注入口５７０と流体排水口５７５とは、バックプレート５２２の内部に形成された流路において、冷却された流体を循環させるために用いられる。冷却された流体は温度制御水であってもよい。

さらには、Ｏ−リングのようなシール５５５は、誘電体窓５２４とバックプレート５２２との間に設けられてもよい。注入口５６０により、アルゴンのようなガスを吸い上げて、誘電体窓とバックプレートとの間のスペース内に導入することが可能となり、それにより、処理チャンバーの内部の真空に対して正圧を生成することができる。これにより、プロセスガスがバックプレート５２２と窓５２４との間のスペース内に到達することを防止する。そのガスはまた、コイル５１５及びカバー５４５からバックプレート５２２への熱電導を助長する。ガス導管は、ガスを溝内に注入するように設けられてもよい。

図６は、開示されたもう一つの実施形態の幾分かのハイブリッドである別の実施形態を示している。図６の実施形態は、頑丈さを提供する金属製上部プレート６２２とＲＦカップリングのための透明性を提供する誘電体下部プレート６２４とからなるチャンバーシーリングを示している。溝６３０は、誘電体プレート６２４の上部に設けられている。コイル６１５は、溝内に存在し、誘電体窓６２４によって被覆されている。金属製バックプレート６２２は十分に頑丈であって大気による力を克服することができるので、誘電体窓６２４は薄く形成され得る。

一実施形態によると、コイルは溝６３０内で中断されており、そして、真空は溝の内部で維持され得る。別の実施形態によると、絶縁樹脂６３５はコイル上方で溝の内部に注ぎ込まれる。いずれかの実施形態では、金属製バックプレート中に形成された流体導管を用いて、アルゴン又は窒素のようなガスを注入することにより、上部プレートと下部プレートとの間のスペース中に正圧が生成され得る。また、流体流路は、熱制御のために金属製バックプレート内に形成されてもよい。磁気シールドは、コイルの上方で溝の内部に配置されてもよい。

本発明は、上述した特別な実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明はそれらに限定されるものではない。具体的には、種々の変形や変更は、付属の請求項によって規定された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって実行され得る。例えば、本実施形態は「シーリング」に関して記述されているが、本実施形態は、ＲＦエネルギーが誘電体窓を介してプラズマチャンバーにカップリングされるいかなる状況において利用されてもよい。

２００ チャンバー
２１０ 基板
２１５ コイル
２２０ シーリング
２３０ 溝
２３５ 絶縁物質
３２２ 金属製バックプレート
３２４ 誘電体窓
３３５ 絶縁物質
３４０ 絶縁物質
４２２ シーリング
４２４ 誘電体プレート
４３０ 溝
５１５ コイル
５２２ バックプレート
５２４ 窓
５４５ カバー
５５５ シール
５６０ 注入口
５７０ 流体注入口
５７５ 流体排水口
６１５ コイル
６２２ 金属製上部プレート
６２４ 誘電体下部プレート
６３０ 溝
６３５ 絶縁樹脂

Claims (20)

1. 誘導結合プラズマチャンバーのためのＲＦアプリケータであって、
   内部に形成された溝を有する誘電体プレートと、
   前記溝の内部に位置するＲＦコイルと、
   前記コイルの上方で前記溝内に設けられた絶縁樹脂とを備えている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
2. 請求項１に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記溝は、前記コイルが大気環境内に位置するように、前記プレートの上部に設けられている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
3. 請求項１に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記溝は、前記コイルが真空環境内に位置するように、前記プレートの底部に設けられている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
4. 請求項１に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記誘電体プレートの上部表面に取り付けられた金属製バックプレートをさらに備えている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
5. 請求項４に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記コイルの上方で前記溝内に設けられた磁気シールドをさらに備えている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
6. 請求項４に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記誘電体プレートと前記金属製バックプレートとの間のスペースに通じる流体導管をさらに備えており、これにより、ガスを前記スペースに導入することにより、前記誘電体プレートと前記金属製バックプレートとの間に正圧を生成することを可能にする、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
7. 請求項４に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記金属製バックプレート内に流体導管をさらに備えており、これにより、前記金属製バックプレート内に熱制御流体を注入することにより、前記金属製バックプレートの温度を制御することを可能にする、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
8. 誘導結合プラズマチャンバーのためのＲＦアプリケータであって、
   内部に形成された溝を有する金属製バックプレートと、
   前記溝の内部に位置するＲＦコイルと、
   前記バックプレートに取り付けられて且つ前記溝を覆う誘電体プレートと、
   前記溝内に設けられた絶縁樹脂とを備えている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
9. 請求項８に記載のＲＦアプリケータにおいて、
   前記溝は、前記コイルが真空環境内に位置するように、前記バックプレートの底部に設けられている、
   ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
10. 請求項９に記載のＲＦアプリケータにおいて、
    前記コイルの上方で前記溝内に設けられた磁気シールドをさらに備えている、
    ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
11. 請求項１０に記載のＲＦアプリケータにおいて、
    前記誘電体プレートと前記金属製バックプレートとの間のスペースに通じる流体導管をさらに備えており、これにより、ガスを前記スペースに導入することにより、前記誘電体プレートと前記金属製バックプレートとの間に正圧を生成することを可能にする、
    ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
12. 請求項１０に記載のＲＦアプリケータにおいて、
    前記金属製バックプレート内に流体導管をさらに備えており、これにより、前記金属製バックプレート内で熱制御流体を注入することにより、前記金属製バックプレートの温度を制御することを可能にする、
    ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
13. 請求項１０に記載のＲＦアプリケータにおいて、
    前記絶縁樹脂は、前記コイルと前記シールドとの間、前記シールドと前記バックプレートとの間、又はその両方に、設けられている、
    ことを特徴とするＲＦアプリケータ。
14. プラズマチャンバー用のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    金属製バックプレートを形成する工程と、
    前記バックプレートの底面に溝を形成する工程と、
    ＲＦ放射体を前記溝内に挿入する工程と、
    誘電体プレートを形成する工程と、
    前記溝を被覆するように、前記誘電体プレートを前記バックプレートの底面に取り付ける工程とを備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
15. 請求項１４に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    分離樹脂を前記溝に注ぐ工程をさらに備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
16. 請求項１５に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    磁気シールドを形成して前記放射体の上方で前記溝内に前記磁気シールドを挿入する工程をさらに備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
17. 請求項１６に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    前記バックプレート中にガス導管の穴を設けて、前記バックプレートの底面に対するガス注入を前記バックプレートの底面と前記誘電体プレートの上面との間のスペースにもたらすことを可能にする工程をさらに備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
18. 請求項１６に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    前記バックプレート中にガス導管の穴を設けて、ガス注入を前記溝へもたらすことを可能にする工程をさらに備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
19. 請求項１６に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    前記バックプレート内に流体導管の穴を設けて、前記バックプレート内での温度制御流体の循環を可能にする工程をさらに備える、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。
20. 請求項１４に記載のＲＦ電源アプリケータの形成方法であって、
    前記誘電体プレートは、複数の誘電体窓を含む、
    ことを特徴とするＲＦ電源アプリケータの形成方法。