JP2018049830A - 取り外し可能なガス分配プレートを有するシャワーヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体処理チャンバ内で使用するためのシャワーヘッドであって、第1面及び第2面を有するベースと、ベースの第2面に近接して配置されたガス分配プレート104と、ガス分配プレートをベースに取り外し可能に結合するためにガス分配プレートの周縁部の周りに配置されたクランプ110と、ベースとガス分配プレートとの間に配置された熱ガスケット120、122、124とを含む。
【選択図】図1
Description
る従来のシャワーヘッドは、典型的には、恒久的にベースに結合されたガス分配プレート
を含む。ガス分配プレートは、プラズマ処理中にプラズマへの曝露によって引き起こる劣
化により周期的な交換を必要とする。しかしながら、本発明者らは、ガス分配プレートが
、恒久的にベースに結合されているので、ガス分配プレートを交換するためにシャワーヘ
ッドアセンブリ全体を交換する必要があり、このように交換処理を高価にすることに気付
いた。
ワーヘッドの実施形態を提供してきた。
提供される。いくつかの実施形態では、半導体処理チャンバ内で使用するためのシャワー
ヘッドは、第1面及び第2面を有するベースと、ベースの第2面に近接して配置されたガ
ス分配プレートと、ガス分配プレートをベースに取り外し可能に結合するためにガス分配
プレートの周縁部の周りに配置されたクランプと、ベースとガス分配プレートとの間に配
置された熱ガスケットとを含むことができる。
板支持体を有するチャンバ本体と、基板支持体の反対側のチャンバ本体の内部容積内に配
置されたシャワーヘッドを含むことができる。シャワーヘッドは、第1面及び対向する第
2面を有するベースであって、ベースの第1面は、処理チャンバのコンポーネントに結合
されたベースと、ベースの第2面に近接して配置されたガス分配プレートと、ガス分配プ
レートをベースに取り外し可能に結合するためにガス分配プレートの周縁部の周りに配置
されたクランプと、ベースとガス分配プレートとの間に配置された熱ガスケットとを含む
。
される本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。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
囲を制限し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。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡
素化されているかもしれない。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。
提供される。少なくともいくつかの実施形態では、本発明のシャワーヘッドは、有利なこ
とに、ガス分配プレートの取り外し及び交換を可能にし、これによって恒久的に結合した
ガス分配プレートを有する従来のシャワーヘッドと比較して、より長い耐用年数を有し、
ガス分配プレートの交換においてより費用効率の高いシャワーヘッドを提供することがで
きる。
を示す。シャワーヘッド100は、一般的に、本体102と、ガス分配プレート104と
、ガス分配プレートを本体102に取り外し可能に結合するように構成したクランプ11
0を含む。
延びる本体102内に形成された複数の貫通孔116を含む。複数の貫通孔116は、本
体102を貫通してガス分配プレート104への処理ガスの通過を促進する。いくつかの
実施形態では、貫通孔116は、皿穴(例えば、図示の皿穴118)を開け、これによっ
て貫通孔116における残留電界を低減し、ガス分配プレート104へのより均一なガス
流を促進することができる。いくつかの実施形態では、空洞114が、本体102の第1
面150内に形成され、これによって複数の貫通孔116への処理ガスのより均一な分配
を促進することができる。本体102は、任意の適したプロセス適合性のある材料(例え
ば、アルミニウムなど)から製造することができる。導電性材料(例えば、アルミニウム
)から本体102を製造することによって、本体102は、電極として機能することがで
き、これによって例えば、シャワーヘッド100に提供された処理ガスからのプラズマの
形成を促進する。
よって1以上のOリング及び/又はRFガスケット(図示のOリング130、132、1
34、及びRFガスケット108、126)を収容することができる。Oリング130、
132、134は、存在する場合、本体102と、クランプ110又は処理チャンバの表
面(図示せず)との間にシールを提供する。Oリング130、132、134は、例えば
前述のシールを促進するのに適した任意の材料(例えば、ゴム)から製造することができ
る。RFガスケット108、126は、例えば、RF源から本体102及びクランプ11
0までのRF電力の導電性を促進する。例えば、RF電力は、RF電源(例えば、後述の
RF電源248)から、本体102に結合され1以上のRFガスケット(例えば、RFガ
スケット126)に接触しているコンポーネントへと供給することができる。RFガスケ
ット108、126は、任意の好適な導電性材料(例えば、ステンレス鋼)から製造する
ことができる。
成された複数のガス分配孔142を介して処理チャンバの処理容積へと提供される処理ガ
スの分配を促進する。ガス分配孔142は、処理ガスの所望の分布を提供するのに適した
任意の方法で配置することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ガス分配プレー
ト104が、本体102に結合された場合、ガス分配孔142は、本体102の貫通孔1
16の周りに配置されたクラスタ内に配置することができる。
プラズマ)への曝露の際に劣化に耐えるのに適した任意の材料から製造することができる
。例えば、いくつかの実施形態では、ガス分配プレート104は、単結晶シリコン(Si
)から製造することができる。単結晶シリコンは、典型的には、好ましい材料である炭化
ケイ素と比較して、より速いエッチング速度を有するため、少なくとも部分的にガス分配
プレート用の材料としては使用されない。しかしながら、本発明者らは、単結晶シリコン
が、ガス分配プレートを製造するために使用される従来の材料(例えば、炭化ケイ素(S
iC)など)と比較して、表面粗さの変化、アーク放電、マイクロマスキングの影響を受
けにくく、更に(例えば、約150℃よりも高い)高温で、より優れた操作性を提供する
ことを見出した。また、単結晶シリコンは、従来の材料に比べて低コストで、より容易に
入手可能であり、得ることができる。また、シャワーヘッド100がケイ素含有ガスを含
む基板処理で使用される実施形態において、ガス分配プレート104をシリコンから製造
することは、ガス分配プレート104の劣化による汚染の過程を減少させる。
に十分な任意の適切な厚さを有することができる。また、いくつかの実施形態では、ガス
分配プレート104が、本体102に結合される場合、ガス分配プレート104は、ガス
分配プレート104と本体102との間に配置された1以上の熱ガスケット(3つの熱ガ
スケット120、122、124が図示される)との連続的な接触を確保するのに十分な
適切な厚さを有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ガス分配プレート
104の厚さは、ガス分配プレート104の縁部においてクランプ110によって提供さ
れる力によって生じるガス分配プレート104の湾曲量が、圧縮時の熱ガスケット120
、122、124の変形量よりも少なくなるように選択し、これによってクランプ時に、
熱ガスケット120、122、124のそれぞれとの連続的な接触を確実にすることがで
きる。代替的に、又はこれと組み合わせて、いくつかの実施形態では、ガス分配プレート
104の厚さは、プラズマの侵入を低減し、ガス分配プレート104の有用な機能寿命を
向上させるのに適したガス分配孔142のアスペクト比を提供するように選択することが
できる。例えば、ガス分配孔142が約0.5mmの直径を有する実施形態では、ガス分
配プレート104は、約9mmの厚さを有することができる。
くつかの実施形態では、クランプ110は、クランプ内に形成されたねじ穴138に対応
する本体102内に形成された貫通孔136に設けられた締結具106を介する結合を促
進する。クランプ110は、任意のプロセス互換性のある導電性材料(例えば、アルミニ
ウム)から製造することができる。いくつかの実施形態では、クランプ110は、プラズ
マ環境内でクランプ110の劣化を低減するために、スプレーコーティングで(例えば、
イットリア(Y2O3))をコーティングすることができる。
Oリング128及びRFガスケット148が図示される)を収容するために、クランプ1
10の表面内に形成された1以上のチャネルを含むことができる。Oリング128は、存
在する場合、本体102へのクランプ時に、ガス分配プレート104の破損を防止するた
めに、ガス分配プレート104へクッション性を提供する。RFガスケット148は、存
在する場合、本体102からクランプ110を介してガス分配プレート104へのRF電
力の導電性を促進し、これによってガス分配プレート104がRF電極として機能するの
を可能にする。ガス分配プレート104にRF電流路を提供することはまた、本体102
とガス分配プレート104との間のギャップ146を遮蔽し、これは例えば、本体102
の貫通孔116でのアーク放電を低減させる。Oリング128及びRFガスケット148
は、任意の適切な材料(例えば、Oリング130、132、134、及びRFガスケット
108、126に関して上述した材料など)から製造することができる。
分配プレート104との間に配置することができる。熱ガスケット120、122、12
4は、存在する場合、本体102とガス分配プレート104との間の熱交換を促進し、こ
れによって例えば、ガス分配プレート104全域に亘るより均一な温度勾配を提供するこ
とができる。また、熱ガスケット120、122、124は、本体102とガス分配プレ
ート104との間のギャップ146を提供し、貫通孔142と対応するガス分配孔142
のグループ毎に個別のプレナム(例えば、ゾーン)を画定することができる。
150℃又はそれ以上の温度)で脱ガスの少ない任意の圧縮性のある熱伝導性材料から製
造することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ガスケットは、シリコン含有材
料を含むことができる。熱ガスケット120、122、124は、本体102とガス分配
プレート104との間の接触を維持するのに適した任意の形状を有することができる。例
えば、いくつかの実施形態では、熱ガスケット120、122、124は、図1に示され
るように、矩形断面を有する複数の同心リングとすることができる。いくつかの実施形態
では、熱ガスケット120、122、124の形状は、ガス分配プレート104の縁部で
クランプ110によって提供される力により、共にクランプされたときに、本体102と
ガス分配プレート104との間の距離の差(例えば、ガス分配プレート104の湾曲)を
調整するように最適化することができる。
よって本体102、クランプ110及びガス分配プレート104の部分を遮蔽することが
できる。保護リング112は、任意の適切なプロセス適合性のある材料(例えば、石英(
SiO2))から製造することができる。
例示的な処理チャンバ200の概略図を示す。例示的な処理チャンバは、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社(Applied Materials In
c.)から入手可能なENABLER(商標名)、ENABLER(商標名)E5、AD
VANTEDGE(商標名)、又は他の処理チャンバを含むことができる。シャワーヘッ
ドを有する、又は有するように改変されている他の適切な処理チャンバも同様に、本発明
から利益を得ることができる。
えることができ、このチャンバ本体202は、チャンバ本体の内部容積205内に配置さ
れた、基板210を上で支持するための基板支持台208と、過剰な処理ガス、処理副生
成物等をチャンバ本体202の内部容積205から取り除くための排気システム220を
有する。
02の内部を覆い、これによって処理中にチャンバ本体202を保護することができる。
いくつかの実施形態では、チャンバ本体202は、処理容積204を含むことができる内
部容積205を有する。処理容積204は、例えば、基板支持台208とシャワーヘッド
214(例えば、上述のシャワーヘッド100)及び/又は所望の位置に提供されたノズ
ルとの間に画定することができる。いくつかの実施形態では、ガス供給源288は、チャ
ンバ本体202の処理容積204に1以上の処理ガスを分配するためのシャワーヘッド2
14に1以上の処理ガスを提供することができる。
0を保持又は支持する機構(例えば、静電チャック、真空チャック、又は基板保持クラン
プなど)を含むことができる。代替的に又はこれと組み合わせて、いくつかの実施形態で
は、基板支持台208は、基板の温度を制御するための機構(例えば、加熱及び/又は冷
却装置、図示せず)及び/又は基板表面近傍で種のフラックス及び/又はイオンエネルギ
ーを制御するための機構を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板支
持台208は、電極240と、それぞれの整合回路網236、262を介して電極240
に結合された1以上の電源(2つのバイアス電源238、244)を含むことができる。
例えば、基板支持台208は、整合回路網262を介してバイアス電源244に結合され
たカソードとして構成することができる。上述のバイアス電源(例えば、バイアス電源2
38、244)は、約2MHz又は約13.56MHz又は60MHzの周波数で、最大
12,000Wを生成可能であるかもしれない。少なくとも1つのバイアス電源は、連続
又はパルス電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、バイアス電源は、代
替的にDC又はパルスDC源とすることができる。
中に基板210の少なくとも一部を支持するように構成された基板支持リング280を含
むことができる。いくつかの実施形態では、1以上のリング(インサートリング278及
びバリアリング242が図示される)を、基板支持台208の周りに配置することができ
る。1以上のリングは、任意の適切なプロセス適合性材料から製造することができる。例
えば、いくつかの実施形態では、インサートリングは、シリコン(Si)から製造するこ
とができる。いくつかの実施形態では、バリアリング242は、石英(SiO2)から製
造することができる。いくつかの実施形態では、接地されたメッシュ260が、基板支持
台208の周囲に配置され、チャンバ本体202に結合されることができる。
に入ることができる。開口部212は、スリットバルブ218を介して、又は開口部21
2を通ってチャンバの内部へのアクセスを選択的に提供するための他の機構を介して選択
的にシールすることができる。基板支持台208は、開口部212を介してチャンバの内
外へ基板を搬送するのに適した(図示されるような)下方位置と、処理に適した選択可能
な上方位置との間で、基板支持台208の位置を制御することができるリフト機構234
に結合することができる。処理位置は、特定の処理に対して処理の均一性を最大化するよ
うに選択することができる。基板支持台208は、上昇された処理位置のうちの少なくと
も1つにある場合、対称的な処理領域を提供するために、開口212の上方に配置するこ
とができる。
シャワーヘッド214の周りに配置され、シャワーヘッド214の少なくとも一部(例え
ば、シャワーヘッド214の本体294(例えば、上述の本体102)又はガス分配プレ
ート296(例えば、上述のガス分配プレート104)など)を覆うことができる。いく
つかの実施形態では、保護リング206は、上部ライナ264によって支持することがで
きる。
る、及び/又はチラープレート284によって支持されることができる。チラープレート
284は、存在する場合、処理中にシャワーヘッド214の温度の制御を促進する。いく
つかの実施形態では、チラープレート284は、チラープレート284内に形成された複
数のチャネル(図示せず)を含み、これによって温度制御流体供給源(チラー)290に
よって提供される温度制御流体が、チラープレート284を通って流れ、シャワーヘッド
214の温度制御を促進することを可能にする。
図示される)を、シャワーヘッド214の上方に、及び/又はシャワーヘッド214の周
縁部に近接して配置することができる。1以上のコイルは、存在する場合、処理チャンバ
200の処理容積204内に形成されるプラズマを整形するのを促進することができる。
ート270及び/又はシャワーヘッド214にRF電力を提供する。同軸スタブ292は
、特性インピーダンス、共振周波数を有する固定インピーダンス整合回路網であり、シャ
ワーヘッド214とRF電源286との間の近似のインピーダンス整合を提供する。いく
つかの実施形態では、同軸スタブ292は、概して、内側円筒導体298と、外側円筒導
体201と、内側筒状導体298と外側円筒導体201との間の空間を充填する絶縁体2
03とを含む。
意の適切な導電性材料で作ることができる。例えば、いくつかの実施形態では、内側円筒
導体298と外側円筒導体201は、ニッケルコーティングされたアルミニウムから製造
することができる。1以上のタップ221は、RF電源286から同軸スタブ292へR
F電力を印加するために、同軸スタブ292の軸方向長さに沿った特定の点に設けられる
。RF電源286のRFパワー端子207及びRFリターン端子209は、同軸スタブ2
92上のタップ221で、内側円筒導体298及び外側円筒導体201にそれぞれ接続さ
れる。同軸スタブ292の遠端213における終端導体211は、同軸スタブ292がそ
の遠端213で短絡されるように、内側円筒導体298と外側円筒導体201を共に短絡
させる。同軸スタブ292の近端215では、外側円筒導体201が、環状導電性ハウジ
ング又は支持体276を介してチャンバ本体202に接続され、一方、内側円筒導体29
8は、導電性シリンダー217を介してチラープレート270及び/又はシャワーヘッド
214に接続される。いくつかの実施形態では、スタブ292、外側円筒導体201は、
環状導電性ハウジング又は支持体276を介してチャンバ本体202に接続されている。
実施形態は、誘電体リング219が、導電性シリンダー217とチラープレート270の
間に配置され、導電性シリンダー217とチラープレート270を分離する。
24をチャンバ本体202の内部容積205(及び、一般的に、処理容積204)に、例
えば、1以上の入口222を介して結合する1以上のコンジットとを含む。真空ポンプ2
28は、チャンバ本体202から排気ガスを外へポンピングするためのポンピングポート
226を介してポンピングプレナム224に結合することができる。真空ポンプ228は
、適切な排気処理装置に必要とされるような排気をルーティングするための排気出口23
2に流体結合することができる。バルブ230(例えば、ゲートバルブなど)を、ポンピ
ングプレナム224内に配置し、真空ポンプ228の動作と組み合わせて、排気ガスの流
量の制御を促進することができる。zモーションゲートバルブが図示されているが、排気
の流れを制御するための任意の適切なプロセス互換バルブを利用することができる。
々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能な汎用コンピュ
ータプロセッサの任意の形態のうちの1つとすることができる。CPU252のメモリ又
はコンピュータ可読媒体256は、容易に入手可能なメモリ(例えば、ランダムアクセス
メモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、フロッピー(登録商標)ディスク
、ハードディスク、又はローカル又はリモートのデジタル記憶装置の任意の他の形態)の
うちの1以上とすることができる。サポート回路254は、従来の方法でプロセッサをサ
ポートするためにCPU252に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロ
ック回路、入力/出力回路及びサブシステム等を含む。
本明細書内に提供された。本発明のシャワーヘッドの実施形態は、有利なことに、従来の
シャワーヘッドと比較して、より長い耐用年数と、ガス分配プレートの交換においてより
費用効率の高い方法を提供することができる。
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る。
Claims (12)
- 基板処理チャンバ内で使用するためのシャワーヘッドであって、
第1面及び対向する第2面を有する本体と、
本体の第2面に近接して配置されたガス分配プレートと、
ガス分配プレートを本体に取り外し可能に結合するためにガス分配プレートの周縁部の周りに配置されたクランプとを含み、本体は、クランプを介してガス分配プレートに電気的に結合されるシャワーヘッド。 - 本体とガス分配プレートとの間に配置された1以上の熱ガスケットを含む、請求項1記載のシャワーヘッド。
- 1以上の熱ガスケットは、本体とガス分配プレートとの間に配置された複数の同心円状リングを含む、請求項2記載のシャワーヘッド。
- 本体の周縁部及びクランプの周りに配置され、本体の少なくとも一部及びガス分配プレートの少なくとも一部を覆うようにクランプの部分に亘って延びるリングを含む、請求項1記載のシャワーヘッド。
- クランプと本体との間に配置された第1のRFガスケットを含み、本体からクランプまでRF電力を結合するのを促進する、請求項1記載のシャワーヘッド。
- クランプとガス分配プレートとの間に配置された第2のRFガスケットを含み、クランプからガス分配プレートまでRF電力を結合するのを促進する、請求項1記載のシャワーヘッド。
- 本体は、本体の第1面から第2面まで延びる複数の貫通孔を含む、請求項1記載のシャワーヘッド。
- 本体は、本体の第1面内に形成されたプレナムを含み、プレナムは、複数の貫通孔に流体結合されている、請求項7記載のシャワーヘッド。
- 複数の貫通孔の各々の端部は、本体内に皿穴が開けられている、請求項7記載のシャワーヘッド。
- ガス分配プレートは、単結晶シリコン(Si)から製造される、請求項1記載のシャワーヘッド。
- チャンバ本体の内部容積内に配置された基板支持体を有するチャンバ本体と、
基板支持体の反対側のチャンバ本体の内部容積内に配置された、前記請求項のいずれか1項に開示されるようなシャワーヘッドを含む処理チャンバ。 - 処理チャンバのコンポーネントは、チャンバ本体の天井に結合されたチラープレートである、請求項11記載の処理チャンバ。
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