JP2023511745A - トランス結合型プラズマウィンドウ冷却用プレナムアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板処理システムの誘電体ウィンドウ用のプレナムは、第1の入口ポート、第2の入口ポート、及び本体を含む。前記本体は、第1のコイルを保持するように構成された第1の凹部と、第2のコイルを保持するように構成された第2の凹部と、前記誘電体ウィンドウの第1の領域に対向し、前記第1の入口ポートから第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第1の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第1の部分を冷却するように構成された第3の凹部と、前記誘電体ウィンドウの第2の領域に対向し、前記第2の入口ポートから第2の冷却剤を受け、前記第2の冷却剤を前記第2の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第2の部分を冷却するように構成された第4の凹部とを含む。【選択図】図2
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、2020年1月31日に出願された米国仮出願第62/968305号の利益を主張するものである。上記出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2020年1月31日に出願された米国仮出願第62/968305号の利益を主張するものである。上記出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、トランス結合型プラズマウィンドウの冷却に関する。
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を大まかに提示することを目的とする。この背景技術の項で説明される範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、並びに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示又は暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
半導体デバイスの製造時において、処理チャンバ内でエッチング工程や堆積の工程を行うことがある。プラズマチャンバに電離気体或いはプラズマを導入して半導体ウェハなどの基板から材料をエッチング(又は除去)し、基板に材料をスパッタリング或いは堆積する。製造又は作製プロセスで使用するプラズマの作成は、通常、処理チャンバにプロセスガスを導入することから始まる。基板は処理チャンバで、静電チャックや台座などの基板支持体に配置される。
処理チャンバには、トランス結合型プラズマ(TCP)リアクタコイルが含まれ得る。電源で生成された高周波(RF)信号が、TCPリアクタコイルに供給される。TCPリアクタコイルは、トランス結合型容量性調整(Transformer Coupled Capacitive Tuning:TCCT)整合ネットワークによって駆動される。TCCT整合ネットワークは、電源から供給されるRF信号を受信し、TCPリアクタコイルに供給される電力の調整を可能にする。処理チャンバの上面には、セラミックなどの材料で構成された誘電体ウィンドウが組み込まれている。誘電体ウィンドウによって、TCPリアクタコイルから処理チャンバ内部へのRF信号の送信が可能となる。RF信号が処理チャンバ内のガス分子を励起し、プラズマを発生させる。
基板処理システムの誘電体ウィンドウ用のプレナムを提供する。前記プレナムは、第1の入口ポートと、第2の入口ポートと、本体とを含み、前記本体は、第1のコイルを保持するように構成された第1の凹部と、第2のコイルを保持するように構成された第2の凹部と、前記誘電体ウィンドウの第1の領域に対向し、前記第1の入口ポートから第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第1の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第1の部分を冷却するように構成された第3の凹部と、前記誘電体ウィンドウの第2の領域に対向し、前記第2の入口ポートから第2の冷却剤を受け、前記第2の冷却剤を前記第2の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第2の部分を冷却するように構成された第4の凹部とを含む。
他の特徴では、前記本体は、前記誘電体ウィンドウの第3の領域に対向し、前記第3の凹部から前記第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第3の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第3の部分を冷却するように構成された第5の凹部を含む。他の特徴では、前記プレナムは、前記第5の凹部に配置され、第3の冷却剤を受けるバックアップ通路をさらに含む。他の特徴では、前記第3の冷却剤は圧縮乾燥空気である。
他の特徴では、 前記第3の凹部は、円形であり、前記第1の冷却剤を、前記プレナムの中央に配置された出力に向けて導く。前記第4の凹部は、円形であり、前記第2の冷却剤を、前記プレナムの周縁に沿って出力に導く。
他の特徴では、前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、前記プレナムの上面側にある。前記第3の凹部及び前記第4の凹部は、前記プレナムの底面側にある。他の特徴では、前記第2の凹部、前記第3の凹部、及び前記第4の凹部は、それぞれチャネルである。
他の特徴では、前記本体は円形である。他の特徴では、前記本体は、前記誘電体ウィンドウの外周縁に適合するような形とサイズに形成されている。他の特徴では、前記本体は、前記第3の凹部又は第5の凹部のうちの少なくとも1つを冷却するためのバックアップ通路を含む。
他の特徴では、前記第3の凹部は、半径方向に延びるとともに前記第1の冷却剤を前記第1の入口ポートから中央に配置された出力にガイドするガイドを含む。他の特徴では、前記第3の凹部は、環状に延びるとともに前記第1の冷却剤を環状方向に導くガイドを含む。
他の特徴では、前記第3の凹部は、ディバイダ又は半径方向に延びるガイドの少なくとも1つを含む。前記環状に延びるガイド及び前記ディバイダ又は前記半径方向に延びるガイドの前記少なくとも1つは、前記第1の冷却剤を、前記第1の入口ポートから中央に配置された出力に導く。
他の特徴では、システムが提供され、前記システムは、前記プレナムと、前記第1の入口ポートに前記第1の冷却剤を供給し、前記第2の入口ポートに前記第2の冷却剤を供給する少なくとも1つの冷却剤供給源を含む。他の特徴では、前記第1の冷却剤は前記第2の冷却剤と異なる。他の特徴では、前記第1の冷却剤は、前記第2の冷却剤と比べ、流量又は圧力の少なくとも1つにおいて異なる。他の特徴では、前記第1の冷却剤は圧縮乾燥空気であり、前記第2の冷却剤は大気圧の空気である。
他の特徴では、システムが提供され、前記システムは、前記プレナムと、前記誘電体ウィンドウと、前記第1の冷却剤の流量又は圧力の少なくとも1つ、及び前記第2の冷却剤の流量又は圧力の少なくとも1つを調整するように構成されたバルブ又はマスフローコントローラーの少なくとも1つとを含む。
他の特徴では、システムが提供され、前記システムは、前記プレナムと、前記誘電体ウィンドウとを含む。前記第3の凹部は、前記誘電体ウィンドウと第1のチャネルを形成する。前記第4の凹部は、前記誘電体ウィンドウと第2のチャネルを形成する。
他の特徴では、前記システムは、前記誘電体ウィンドウの温度又は前記プレナムの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力に基づいて、前記第1の冷却剤の流量又は前記第2の冷却剤の流量の少なくとも1つを調整するように構成されたコントローラーとをさらに含む。
他の特徴では、トランス結合型プラズマウィンドウ用のプレナムを提供する。前記プレナムは、第1の入口ポートと、第2の入口ポートと、バックアップポートと、円形凹部、第1のチャネル、第2のチャネル、第3のチャネル、及び第4のチャネルを有する本体とを含む。前記円形凹部は、第1のコイルを保持するように構成されている。前記第1のチャネルは、第2のコイルを保持するように構成されている。前記第2のチャネルは、前記本体の前記円形凹部及び前記第1のチャネルの反対側に設けられている。前記第2のチャネルは、前記誘電体ウィンドウの第1の領域に対向し、前記第1の入口ポートから第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第1の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第1の部分を冷却するように構成されている。前記第3のチャネルは、前記本体の前記円形凹部及び前記第1のチャネルの反対側であり前記第2のチャネルの半径方向内側に配置されている。前記第3のチャネルは、前記誘電体ウィンドウの第2の領域に対向し、前記第2の入口ポートから第2の冷却剤を受け、前記第2の冷却剤を前記第2の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第2の部分を冷却するように構成されている。前記第4のチャネルは、前記本体の前記円形凹部と前記第1のチャネルの反対側であり前記第3のチャネルの半径方向内側に配置されている。前記第4のチャネルは、前記誘電体ウィンドウの第3の領域に対向し、前記バックアップポートから第3の冷却剤を受け、前記第3の冷却剤を前記第3の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第3の部分を冷却するように構成されている。他の特徴では、前記第3のチャネルは、前記第4のチャネルよりも深く、前記第2の冷却剤を前記第4のチャネルに導く。
本開示のさらなる適用範囲は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。詳細な説明、及び具体的な実施例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
本開示は、詳細な説明、及び下記で説明する添付図面によって、さらに明確に理解されるであろう。
図面において、参照番号は、類似及び/又は同一の要素を特定するために再度使用される場合がある。
プレナムアセンブリはTCPウィンドウに組み込むことで、TCPウィンドウを冷却するために使用できる。冷却剤(例えば冷却ガス)は、プレナムアセンブリを介して、TCPウィンドウ上を通過し、TCPウィンドウを冷却する。プレナムアセンブリは、冷却剤が通過する冷却ゾーンを有するプレナムを含み得る。プレナムは、TCPリアクタコイルとTCPウィンドウとの間に配置されている。冷却ゾーンが1つのプレナムでは、センターホットやエッジホットなどのプロセス中に、プレナムの中心部及び/若しくは外周縁で、又はその付近でオーバーヒートが発生することがある。このオーバーヒートにより、例えばTCPリアクタコイルに供給される処理能力が制限されることがある。その結果、TCPウィンドウに熱応力及び/又はクラックが発生しないように、処理力が制限される。
本明細書に記載された例は、TCPウィンドウの冷却を改善し効率的に行うための帯状構造を有するプレナムを含む。これらのプレナムは、異なる構造パターンを有し、対応する冷却剤のフローパターンも異なる。これらのプレナムにより、処理能力の向上とシステム全体の性能の向上が可能になる。これらのプレナムは、TCPウィンドウの冷却に広範囲のソリューションを提供し、より高いパワーレベルで動作できるようにエッチングツールの能力を拡張し、TCPウィンドウにわたる温度勾配を最小限に抑えることでTCPウィンドウのクラックを防止する。これらプレナムは、異なるTCPリアクタコイル、並びに、エッジホット及びセンターホットの各プロセスに適用でき、処理力の大きなスペクトルをカバーする。これらのプレナムは、TCPウィンドウを有する様々な異なるエッチングツールに適用でき、様々な異なるプラズマプロセスにおいて使用可能である。また、これらプレナムは温度制御を向上させ、オーバーヒートやオーバークールの防止に役立つ。
いくつかの例では、プレナムは対応するTCPウィンドウ全体を冷却し、TCPウィンドウの上部表面積全体をカバーする。各プレナムは、複数のゾーン(例えば、2つ以上の別個の冷却ゾーン)を含み、バックアップゾーンも含み得る。一例として、プレナムによって実現される方位角温度均一性は、±5℃であり、対応するツールの電力容量は6キロワット(kW)であり得る。方位角温度均一性とは、処理中の任意の時点におけるTCPウィンドウ全体の最大温度差のことである。TCPウィンドウ全体の温度変化が大きいと、TCPウィンドウへの熱応力が大きくなる。TCPウィンドウの最大温度差を最小にすることで、処理能力を向上できる。バックアップ冷却ゾーンの追加により、冷却能力が追加され、さらに処理能力を向上できる。バックアップ冷却ゾーンは、TCPウィンドウが150℃を超えることを防ぎ、これにより、TCPウィンドウの損傷を防止する。例えば、150℃以上の温度では、TCPウィンドウのコーティングの剥離が起こり得る。
図1は、プレナム冷却システム、プラズマ処理チャンバ112及びTCPリアクタコイル114を含むプラズマ処理システムの第1の部分100を示す。図1には、プレナム冷却システムの一部が示されている。図2には、プラズマ冷却システムの残置部分の例が示されている。プレナム冷却システムは、TCPリアクタコイル114と誘電体(又はTCP)ウィンドウ116との間に配置されるプレナム115を含む。プレナム115は、入口ライン118(例えば、パイプ)を介して冷却剤を受け取る。冷却剤は、プレナム115と誘電体ウィンドウ116との間の部分を循環及び/又は通過する。プレナム115及び本明細書に開示される他のプレナムは、例えば、ポリフェンスルファン(PPSU)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド、ポリイミド系プラスチック、及び/又はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、及び/又は適切な電気特性を有し、誘電正接、損失正接、及び誘電率の要件を満たす他の物質で形成され得る。一実施形態では、プレナムの1つ又は複数は、射出成形されている。プレナムはアクセスや設置が容易で、少なくともそのためにメンテナンスが容易である。図3~図5及び図8~図16にプレナムの例を示す。
プレナム115は、TCPリアクタコイル114(例えば、内側コイルと外側コイル)が配置される複数の円形状の凹部(又はチャネル)120を含み得る。TCPリアクタコイル114は、プレナム115の少なくとも一部の上方に配置されている。第1の電源121は、第1のRF源信号をTCCT整合ネットワーク122に供給する。TCCT(又は第1)整合ネットワーク122は、第1の電源121とTCPリアクタコイル114との間に含まれる。TCCT整合ネットワーク122は、TCPリアクタコイル114に供給される電力の調整を可能にする。
誘電体ウィンドウ116は、プレナム115に隣接して配置され、ピナクル119(ピナクルは登録商標)の上方に位置し、プラズマ発生のための第1のRF源信号のプラズマ処理チャンバ112への効率的な伝送を可能にする。ピナクルとは、処理チャンバの上部ライナーを意味し、誘電体ウィンドウを支持するように構成され得る。プラズマ処理チャンバ112の底部には、静電チャック、台座、或いは他の適切な基板支持体等の基板支持体123が配置される。基板支持体123は、基板125を支持する。基板支持体123が静電チャックである場合、基板支持体123は、互いに電気的に絶縁された導電部124及び126を含む。基板支持体123は、絶縁体128に囲まれ、基板125と容量結合している。導電部124、126に直流電圧を印加することで、導電部124、126と基板125との間に静電結合が生じる。この静電結合が、基板支持体123に対して基板125を引き込む。
プラズマ処理システムはさらに、バイアスRF電力源130を含み、バイアスRF電力源130はバイアス(又は第2の)整合ネットワーク132に接続される。第2の整合ネットワーク132は、バイアスRF電力源130と基板支持体123との間に接続されている。第2の整合ネットワーク132は、バイアスRF電力源130のインピーダンス(例えば、50Ω)を、第2の整合ネットワーク132から見たプラズマ処理チャンバ112の基板支持体123及びプラズマ134のインピーダンスにマッチングさせる。
プラズマ処理システムは、さらに、電圧制御インターフェース(VCI)140を含む。VCI40は、ピックアップ装置142と、電圧センサ144と、コントローラー146と、電圧センサ144とコントローラー146との間の回路とを含み得る。ピックアップ装置142は、基板支持体123に延在している。このピックアップ装置142は、導線148を介して電圧センサ144に接続され、RF電圧信号を生成するために使用される。
電圧センサ144の動作は、監視されるか、手動制御されるか及び/又はコントローラー146を介して制御され得る。コントローラー146は、電圧センサ144のチャネルの出力電圧をディスプレイ150に表示してもよい。ディスプレイ150は、コントローラー146とは別体として図示されているが、コントローラー146に含まれていてもよい。システムオペレータは、(i)チャネルを切り替えるかどうか、(ii)1つ又は複数のチャネルのどれをアクティブにするか、及び/又は(ii)1つ又は複数のチャネルのどれを非アクティブにするかを示す入力信号を提供できる。
動作時には、電離可能なガスが、ガス入口156を介してプラズマ処理チャンバ112内に流入し、ガス出口158を介してプラズマ処理チャンバ112から流出する。第1のRF信号は、RF電力源121で生成され、TCPリアクタコイル114に送出される。第1のRF信号は、TCPリアクタコイル114から誘電体ウィンドウ116を介してプラズマ処理チャンバ112内に放出される。これにより、プラズマ処理チャンバ112内のガスが電離し、プラズマ134が形成される。プラズマ134は、プラズマ処理チャンバ112の壁面に沿ってシース160を生成する。プラズマ134は、電子と正電荷イオンを含む。電子は正電荷イオンよりはるかに軽く移動しやすいため、プラズマ処理チャンバ112の内面に直流バイアス電圧と直流シース電位が発生する。基板125の平均直流バイアス電圧及び直流シース電位は、正電荷イオンが基板125に衝突するエネルギーに影響を与える。このエネルギーは、エッチングや堆積のレートなどの処理特性に影響を与える。
コントローラー146は、RF電力源130によって生成されたバイアスRF信号を調整して、基板125における直流バイアス量及び/又は直流シース電位を変化させることができる。コントローラー146は、電圧センサ144のチャネルの出力、及び/又はチャネル出力に基づいて導出された代表値を1つ又は複数の設定値と比較できる。なお、設定値の値は、コントローラー146のメモリ162に予め設定され、記憶されていてもよい。バイアスRF信号は、(i)電圧センサ144の出力及び/又は代表値と、(ii)1つ又は複数の設定値との差に基づいて調整され得る。バイアスRF信号は、第2の整合ネットワーク132を通過する。さらに、第2の整合ネットワーク132によって供給される出力(整合信号と呼ばれる)は、基板支持体123に送られる。バイアスRF信号は、絶縁体128を介して基板125に送られる。
図2は、プラズマ処理システムの第2の部分200を示しており、第2の部分200は、ガス注入器204のためのガス供給システム202と、プレナム115のための冷却剤供給システム206とを含んでいる。TCPリアクタコイル114は、プレナム115のチャネルに配置され、電源121からTCCT整合ネットワーク122を介してRF信号を受信する。
ガス供給システム202は、コントローラー46と、1つ又は複数のガス源232-1、232-2、...、及び232-N(ガス源232と総称する)を含むガス供給アセンブリ230とを含む。Nは0より大きい整数である。ガス源232は、1つ又は複数のガス(例えばエッチングガス、キャリアガス、パージガスなど)及びその混合物を供給する。また、ガス源232は、パージガスを供給してもよい。ガス源232は、バルブ234-1、234-2、...234-N(バルブ234と総称する)、並びにマスフローコントローラー236-1、236-2、...236-N(マスフローコントローラー236と総称する)を介して、マニホールド240に接続される。マニホールド240の出力は、図1のプラズマ処理チャンバ112に供給される。あくまで例であるが、マニホールド240の出力は、インジェクタ204である。なお、コントローラー46は、バルブ234及びマスフローコントローラー236の動作を制御してもよい。
冷却剤供給システム206は、コントローラー46、2つ以上の冷却剤供給源(図には、冷却剤供給源250-1、250-2を示す)、2つ以上のバルブ(図には、バルブ252-1、252-2を示す)、及び2つ以上のマスフローコントローラー(図には、マスフローコントローラー254-1、254-2を示す)を含む。コントローラー46は、バルブ252及びマスフローコントローラー254の動作を制御する。冷却剤供給源250から、バルブ252とマスフローコントローラー254を介して、入口ライン118に冷却剤が供給される。なお、2つの冷却剤供給源、2つのバルブ、2つのマスフローコントローラーが図示されているが、追加の冷却剤供給源、2つの冷却ゾーン用バルブ、追加の冷却剤供給源、マスフローコントローラー、及びバルブも含まれ得る。一実施形態では、2つの冷却ゾーン及び中央に位置するバックアップ冷却ゾーンが、それぞれ冷却剤供給源、バルブ、マスフローコントローラーを実装している。
一例として、冷却剤供給源、バルブ、及びマスフローコントローラーを含む供給源セットが、以下に説明するプレナムの各入口ポート及び/又はバックアップ通路に提供され得る。一実施形態では、冷却剤供給源、バルブ、及びマスフローコントローラーを含む供給源セットが、入口ポート及び/又はバックアップ通路の各ペアに提供される。例えば、第1の供給源セットが中間凹部に、第2の供給源セットが外側凹部に、そして第3の供給源セットが中央凹部への供給のための一対のバックアップ通路に設けられる。
コントローラー46は、第1のモードで動作している間は、第1及び第2の供給源セットを介して冷却を行い、第2のモードで動作している間は、第1、第2及び第3の供給源セットを介して冷却を行い得る。第2のモードは、追加的冷却を行うために使用される。また、コントローラー46は、第1のモード及び第2のモード中に、誘電体ウィンドウ116の温度に基づいて、冷却剤の流量を調整してもよい。温度は、温度センサ260を介して検出可能である。一実施形態では、温度センサは、誘電体ウィンドウの領域において、処理中に誘電体ウィンドウが最も高温となる所定の箇所に配置される。温度センサ260は、任意の数で含まれ得る。1つ又は複数の温度センサは、冷却ゾーン、チャネル、通路、凹部などのそれぞれに含まれ得る。温度センサは、プレナム115内又はプレナム115上、及び/又は誘電体ウィンドウ116上に搭載され得る。プレナム115の1つ又は複数の領域に対する冷却剤の流量は、プレナム115の同じ1つ又は複数の領域の1つ又は複数の温度、及び/又はプレナム115の1つ又は複数の他の領域の1つ又は複数の温度に基づいて調整され得る。
一実施形態では、供給源セットは、(i)圧縮された乾燥空気をプレナム115の1つ又は複数の中央ゾーンに供給し、(ii)大気圧の空気をプレナム115の1つ又は複数の中間ゾーン及び/又は1つ又は複数の外側ゾーンに供給するように構成されている。図4~図16に、中央ゾーン、中間ゾーン、及び外側ゾーンの例を示す。一実施形態では、1つ又は複数の中間ゾーン及び/又は1つ又は複数の外側ゾーンに供給される空気は、1つ又は複数の空気増幅器を通じて供給される増幅された空気である。1つ又は複数のマスフローコントローラーは、空気増幅器を含み得る。空気増幅器は、一定時間内に供給する空気量を増加させるものである。
図3は、(i)誘電体ウィンドウ304と、(ii)TCPリアクタコイル306と整列部材308との間に配置されたプレナム302を含む処理チャンバ300を示す。プレナム302は、ピナクル312上に配置される外側リング310内に配置され得る。整列部材308は、外側リング310の内棚上に配置され、誘電体ウィンドウ304上でプレナム302の位置合わせを行う。図示の例では、2つのTCPリアクタコイル306が示されており、プレナム302の上面側の内側チャネル320及び外側チャネル322(コイルチャネルと称する)に配置されている。プレナム302はまた、冷却剤を循環及び/又は通過させるための2つの下部(又は冷却剤)チャネル324、326を含む。冷却剤は、通路(又はパイプ)330を介してチャネル324、326に供給され得る。プレナムは、中央(又は最中心)チャネル及び/又はバックアップチャネルとも称され得る第3のチャネルを含み得る。図4~図16に、中央チャネル及び/又はバックアップチャネルの例を示す。
TCPリアクタコイル306は、ライン332を介して電力を受け取り、ライン334を介して電力を戻すことができる。インジェクタ340は、整列部材308、プレナム302、及び誘電体ウィンドウ304を通って延び、誘電体ウィンドウ304の上に固定され得る。インジェクタ340は、基板支持体352上に配置された基板350に向けてガスを噴射する。
図4~図6に、第1の帯状構造及び対応する第1のフローパターンを有するプレナム400を示す。プレナム400は、上述したプレナムの1つに取って代わることができ、第1の中央凹部404、***中間部406、外側チャネル408、及び***外棚410を有する本体402を含む。第1の中央凹部404は、内側TCPリアクタコイル用に構成され、プレナム400の底面側に位置する第2及び第3の中央凹部411、412の上にある。プレナム400は、第2及び第3の中央凹部411、412に冷却剤を供給するためのバックアップ通路413を含み得る。バックアップ通路413は、プレナム400の上面側の第1の中央凹部404の外側壁エッジ416に沿って配置され、プレナム400の底面側の第2及び第3の中央凹部411、412にガスを供給するために使用され得る。
***中間部406は、ガイド対420を含み得る。ガイド対420の間には、整列部材(例えば、図3の整列部材308)の一部が配置されている。***中間部406は、第1の中央凹部404に配置された内側TCPリアクタコイルと外側チャネル408に配置された外側TCPリアクタコイルとの間の領域であり、プレナム400の底面側の中間凹部417、418に対応する。***中間部406は、2つの入口ポート430を含む。入口ポート430は、中間凹部417、418に冷却剤を供給するために使用される。中間凹部417、418は、冷却剤を、第2及び第3の中央凹部411、412の入口429、431に向かって円形にガイドする。
第2及び第3の中央凹部411、412は、ポート430から受けた冷却剤を、円形に、中央開口部414に向かって導く、及び中央開口部414から放出するために使用される。冷却剤は、中央開口部414から、プレナム400の内側エッジとインジェクタ(例えば、図3のインジェクタ340)との間の隙間に放出され得る。インジェクタは、中央開口部414に配置される。そのため、第2及び第3の中央凹部411、412及び中間凹部417、418は、チャネルとして効果的に機能し、中央凹部411、412と中間凹部417、418に対向する誘電体ウィンドウ(例えば、図2の誘電体ウィンドウ)のそれぞれの部分を冷却するために、冷却剤を対応する領域に導くための側壁を有する。
外側チャネル408は、外側TCPリアクタコイルを保持するように構成され、プレナム400の底面側における外側***部432に相当する。***外棚410は、プレナム400の底面側の外側チャネル440に冷却剤を供給する、2つの入口ポート434を含む。冷却剤は、ポート434から外側チャネル440に供給され、プレナム400の最外側壁444の開口部442において出力される。外側チャネル440は、こうして冷却剤を対応する領域に導き、外側チャネル440に対向する誘電体ウィンドウ(例えば、図2の誘電体ウィンドウ)のそれぞれの部分を冷却する。
プレナム400の構造により、プレナム400及び対応する誘電体ウィンドウによって形成される通路を通って、冷却剤が一定のパターンで流れるようになる。通路の一部は、凹部411、412、417、418及び外側チャネル440によって提供され、通路の対向する他の部分は、対応する誘電体ウィンドウの頂面によって提供される。一実施形態においては、プレナム400と誘電体ウィンドウとの間にシールは存在しない。冷却剤は誘電体ウィンドウにわたって一定のパターンで流れる。凹部411、412は、凹部417、418よりも深い位置にある。外側チャネル(又は凹部)440は、凹部417、418と同じ深さを有し得る。
図7は、対応する誘電体ウィンドウの上方及びプレナム400の下方の空気温度の例を示すサーマル図700である。プレナム400は、凹部411、412、417、418、中央開口部414、及び外側チャネル440を含む。温度バーキー702は、最低温度が温度バーキー702の最下部に、最高温度が温度バーキー702の最上部に表示されている。最も熱い領域を710、最も冷たい領域を712としている。
図8~図9は、第2の帯状構造及び対応する第2のフローパターンを有するプレナム800を示す。プレナム800は、上述したプレナムの1つに取って代わることができ、第1の中央凹部804、***中間部806、外側チャネル808、及び***外棚810を有する本体802を含む。第1の中央凹部804は、内側TCPリアクタコイル用に構成され、プレナム800の底面側に位置する第2及び第3の中央凹部811、812の上にある。プレナム800は、第2及び第3の中央凹部811、812に冷却剤を供給するためのバックアップ通路813を含み得る。バックアップ通路813は、プレナム800の上面側の第1の中央凹部804の外側壁816のエッジに沿って配置され、プレナム800の底面側の第2及び第3の中央凹部811、812にガスを供給するために使用され得る。
***中間部806は、第1の中央凹部804に配置された内側TCPリアクタコイルと外側チャネル808に配置された外側TCPリアクタコイルとの間の領域であり、プレナム800の底面側の円形中間凹部817に対応する。***中間部806は、2つの入口ポート830を含む。入口ポート830は、中間凹部817に冷却剤を供給するために使用される。入口ポート830及び中間凹部817はそれぞれ、冷却剤を、第2及び第3の中央凹部811、812の入口829、831に向かって円形に導きガイドする。
第2及び第3の中央凹部811、812は、ポート830から受けた冷却剤を、円形に、中央開口部814に向かって導く、及び中央開口部814から放出するために使用される。冷却剤は、中央開口部814から、プレナム800の内側エッジとインジェクタ(例えば、図3のインジェクタ340)との間の隙間に放出され得る。インジェクタは、中央開口部814に配置される。第2及び第3の中央凹部811、812及び中間凹部817はチャネルとして構成され、第2及び第3の中央凹部811、812及び中間凹部817に対向する誘電体ウィンドウ(例えば、図2の誘電体ウィンドウ)のそれぞれの部分を冷却するために、冷却剤を対応する領域に導くための側壁を有する。
外側チャネル808は、外側TCPリアクタコイルを保持するように構成され、プレナム800の底面側における外側***部832に相当する。***外棚810は、プレナム800の底面側の外側チャネル840に冷却剤を供給する、2つの入口ポート834を含む。冷却剤は、ポート834から外側チャネル840に供給され、プレナム800の最外側壁844の開口部842において出力される。外側チャネル840は、こうして冷却剤を対応する領域に導き、外側チャネル840に対向する誘電体ウィンドウ(例えば、図2の誘電体ウィンドウ)のそれぞれの部分を冷却する。
プレナム800の構造により、プレナム800及び対応する誘電体ウィンドウによって形成される通路を通って、冷却剤が一定のパターンで流れるようになる。通路の一部は、凹部811、812、817及び外側チャネル840によって提供され、通路の対向する他の部分は、対応する誘電体ウィンドウの頂面によって提供される。一実施形態においては、プレナム800と誘電体ウィンドウとの間にシールは存在しない。冷却剤は誘電体ウィンドウにわたって一定のパターンで流れる。
プレナム800は、プレナム400と同様である。バックアップポート813は、バックアップポート413とは異なる位置にあり、異なる形状をしている。中央凹部811、812は異なる形状であり、中央凹部411、412より大きな入口を有する。プレナム800は、入口ポート830が配置される単一の中間凹部(又はチャネル)817を含み、一方、図5の中間凹部417、418は、ポート430から延びる。
図10は、図4及び図8のプレナム400及びプレナム800と類似するが異なる構造を有するプレナム1000を示す。プレナム1000は、対応する冷却ゾーンのための冷却剤供給ライン1002を説明するための例として示される。冷却剤供給ライン1002は、ポート1004に冷却剤を供給する。図4及び図8のプレナム400及びプレナム800は、同様の供給ラインを有し得る。プレナム1000は、出力1012を有する中央凹部1010と、中間チャネル1014と、外側チャネル1016とを含む。中央凹部1010は、バックアップ通路(又はポート)1018を含む。
図11~図12は、第3の帯状構造及び対応する第3のフローパターンを有するプレナム1100を示す。上面側において、プレナム1100は、中央凹部1102、中間***部1104及び外側凹部1106を含む。中央凹部1102及び外側凹部1106は、TCPリアクタコイルを保持するように構成されている。中央凹部1102は、バックアップ通路1110及び出力1112を含む。
中間***部1104は、入口ポート1114を含む。中間***部1104は、プレナム1100の底面側に凹部1120を提供する。中央凹部1102の反対側には、外側円形エッジ1124と内側半径方向に延びるガイド1126とを有する中央凹部1122が設けられる。外側円形エッジ1124は、中央凹部1102の側壁1128の底部である。バックアップ通路1110は、外側円形エッジ1124の内側に沿って円周方向に環状に延びる出力チャネル1130を有する。半径方向に延びるガイド1126は、環状に延びる出力チャネル1130から受けた冷却剤を、出力1112の方へガイドする。
図13は、誘電体ウィンドウ1300上のプレナム1100の4分の1側断面図を示す。プレナム1100は、中央凹部1102、中間***部1104及び外側凹部1106を含む。中間***部1104は、入口ポート(1つは図13に示す)を含む。バックアップ通路1110の1つも示されている。誘電ウィンドウ1300はピナクル1302上に示されている。
図14~図15は、第4の帯状構造及び対応する第4のフローパターンを有するプレナム1400を示す。上面側において、プレナム1400は、中央凹部1402、中間***部1404及び外側凹部1406を含む。中央凹部1402及び外側凹部1406は、TCPリアクタコイルを保持するように構成されている。中央凹部1402は、バックアップ通路1410及び出力1412を含む。
中間***部1404は、入口ポート1414を含む。中間***部1404は、プレナム1400の底面側に凹部1420を提供する。中央凹部1402の反対側には、内側環状に延びるガイド1430及び半径方向に延びるガイド1432にハーフセクション1428を提供するディバイダ1426と外側円形エッジ1424とを有する中央凹部1422が設けられる。外側円形エッジ1424は、中央凹部1402の側壁1438の底部である。バックアップ通路1410は、外側円形エッジ1424の内側に沿って円周方向に環状に延びる出力チャネル1440を有する。環状に延びるガイド1430は、環状に延びる出力チャネル1440から受けた冷却剤を、出力1412の方へガイドする。ディバイダ1426、環状に延びるガイド1430、及び半径方向に延びるガイド1432は、出力1442を有するチャネルを提供し、環状に延びる出力チャネル1440から出力1412に冷却剤を導く。
図16は、誘電体ウィンドウ1600上のプレナム1400の4分の1側断面図を示す。プレナム1400は、中央凹部1402、中間***部1404、及び外側凹部1406を含む。中間***部1404は、入口ポート(1つは図16に示す)を含む。バックアップ通路1410の1つも示されている。誘電ウィンドウ1600はピナクル1602上に示されている。
上述の例は、誘電体ウィンドウにわたる温度差を最小化する。一例として、図4~図6の実施形態は、処理中に8℃の最大温度差を示し得る。最大温度差は、処理中の任意の時点におけるプレナム上の各位置における最低温度と最高温度との差である。これにより、誘電体ウィンドウへの熱応力が防止される。
前述の説明は、本質的には単なる例示であり、開示、その適用、又は使用を限定することを意図するものではない。本開示の広範な教示は、種々の形態で実装され得る。従って、図面、明細書、及び以下の特許請求の範囲を参照すれば、本開示の他の変更形態は明白であり、本開示には特定の例を含んでいるものの、本開示の真の範囲はそのような特定の例には限定されない。ある方法において、1つ又は複数のステップは、本開示の原理を変更しない限り、異なる順序で(又は同時に)実行することができる。また、各実施形態はそれぞれ特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の各実施形態に関して説明される1つ又は複数の特徴は、その組み合わせが明示的に説明されていない場合であっても、他の実施形態の任意の特徴を用いて実装することができ、及び/又は他の実施形態の任意の特徴と組み合わせることができる。言い換えれば、上記の実施形態は相互に排他的ではなく、1つ又は複数の実施形態を互いに組み合わせる順列のそれぞれは、本開示の範囲に含まれる。
それぞれの要素(例えば、モジュール、回路素子、半導体層など)の空間的及び機能的な関係は、“接続(connected)”、“係合(engaged)”、“結合(coupled)”、“近接(adjacent)”、“隣接(next to)”、“直上(on top of)”、“上(above)”、“下(below)”、“配置(disposed)”など、さまざまな用語を用いて記載される。また、第1及び第2の素子の間の関係が上記の開示で説明されている場合、「直接」と明示的に説明されていない限り、その関係は、第1及び第2の素子の間に他の介在要素が存在しない、直接的な関係でもあり得るが、第1及び第2の素子の間に1つ以上の介在要素が(空間的又は機能的に)存在する、間接的な関係でもあり得る。本明細書では、A、B、及びCのうちの少なくとも1つという表現は、非排他的な論理ORを用いた論理(A又はB又はC)を意味すると解釈されるべきであり、“Aのうちの少なくとも1つ、Bのうちの少なくとも1つ、及びCのうちの少なくとも1つ”とは解釈されない。
いくつかの実装形態では、コントローラーは、上記で説明した例の一部となり得るシステムの一部である。そのようなシステムは、1つ又は複数の処理ツール、1つ又は複数のチャンバ、1つ又は複数の処理用プラットフォーム、及び/又は特定の処理構成要素(ウェハ台座、ガスフローシステムなど)を含む、半導体処理機器を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウェハ又は基板の処理前、処理中、及び処理後に、その動作を制御するための電子機器と統合されていてもよい。電子機器は、1つ又は複数のシステムの種々の構成要素、又はサブパーツの制御を可能とする「コントローラー」と称することもできる。コントローラーは、処理要件及び/又はシステムのタイプに応じて、処理ガスの送出、温度設定(例えば、加熱及び/又は冷却)、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数(RF)発生器設定、RF整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体送出設定、位置及び動作設定、特定のシステムに接続又はインターフェースされたツール及び他の搬送ツール及び/又はロードロックの内外へのウェハ搬送を含む、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされていてもよい。
概して、コントローラーは、様々な集積回路、論理、メモリ、及び/又はソフトウェアを有する電子機器として定義でき、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、クリーニング動作を可能にし、終了点測定を可能にする、等を行う。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形態のチップ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)として定義されるチップ、及び/又はプログラム命令(例えば、ソフトウェア)を実行する1つ又は複数のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラーを含み得る。プログラム命令は、様々な個々の設定(又はプログラムファイル)の形態でコントローラーに伝達される命令であってもよく、半導体ウェハに対して又は半導体ウェハに関連して、或いはシステムに対して、特定のプロセスを実行する操作パラメータを定義する。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、ウェハの1つ又は複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び/又はダイの製造中に1つ又は複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されたレシピの一部であり得る。
いくつかの実装形態においては、コントローラーは、システムと統合しているか、結合しているか、そうでない場合はシステムにネットワーク接続されているか、又はそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であっても結合していてもよい。例えば、コントローラーは、「クラウド」内、又はファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部として遠隔アクセスによってウェハ処理を行ってもよい。コンピュータは、システムへの遠隔アクセスを可能にし、製造動作に関する現在の経過を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向若しくは性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に追従する処理ステップを設定するか、又は新たなプロセスを開始してよい。いくつかの例では、遠隔コンピュータ(例えば、サーバ)は、ネットワーク上でプロセスレシピをシステムに提供することができ、ネットワークには、ローカルネットワーク又はインターネットを含み得る。遠隔コンピュータは、パラメータ及び/又は設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてもよく、これらのパラメータ及び/又は設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。いくつかの例では、コントローラーは、データの形態で命令を受信し、命令は、1つ又は複数の動作の間に実施すべき処理ステップのそれぞれに対するパラメータを指定する。パラメータは、実施するプロセスの種類、及びコントローラーがインターフェース接続又は制御するように構成されるツールの種類に特有のものであることができる。従って、上記のように、コントローラーは、例えば、1つ又は複数の離散型コントローラーなどを含むことによって分散されてもよく、1つ又は複数の離散型コントローラーは、まとめてネットワーク接続され、本明細書で説明する処理及び制御等、共通の目的を持って動作する。このような目的のための分散型コントローラーの一例は、(プラットフォームレベルで、又は遠隔コンピュータの一部として等)遠隔に位置する1つ又は複数の集積回路と通信するチャンバ上の1つ又は複数の集積回路であり、チャンバ上でのプロセスを制御するように組み合わせられる。
システムの例として、プラズマエッチングチャンバ若しくはモジュール、堆積チャンバ若しくはモジュール、スピンリンスチャンバ若しくはモジュール、金属めっきチャンバ若しくはモジュール、クリーンチャンバ若しくはモジュール、斜縁エッチングチャンバ若しくはモジュール、物理蒸着(PVD)チャンバ若しくはモジュール、化学蒸着(CVD)チャンバ若しくはモジュール、原子層堆積(ALD)チャンバ若しくはモジュール、原子層エッチング(ALE)チャンバ若しくはモジュール、イオンインプランテーションチャンバ若しくはモジュール、トラックチャンバ若しくはモジュール、並びに半導体ウェハの作製及び/又は製造に関連するか若しくは使用できるあらゆる他の半導体処理システムを含んでもよいが、これらに限定されない。
上記のように、ツールによって実施する1つ又は複数のプロセスステップに応じて、コントローラーは、1つ又は複数の他のツール回路若しくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、近接ツール、近隣ツール、工場全体に配置されるツール、主コンピュータ、別のコントローラー、又は半導体生産工場内のツール場所及び/又はロードポートへウェハの容器を搬入出する材料移送に使用されるツールと通信してもよい。
Claims (22)
- 基板処理システムの誘電体ウィンドウ用のプレナムであって、
第1の入口ポートと、
第2の入口ポートと、
本体とを含み、
前記本体は、
第1のコイルを保持するように構成された第1の凹部と、
第2のコイルを保持するように構成された第2の凹部と、
前記誘電体ウィンドウの第1の領域に対向し、前記第1の入口ポートから第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第1の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第1の部分を冷却するように構成された第3の凹部と、
前記誘電体ウィンドウの第2の領域に対向し、前記第2の入口ポートから第2の冷却剤を受け、前記第2の冷却剤を前記第2の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第2の部分を冷却するように構成された第4の凹部とを含む、プレナム。 - 請求項1に記載のプレナムであって、前記本体は、前記誘電体ウィンドウの第3の領域に対向し、前記第3の凹部から前記第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第3の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第3の部分を冷却するように構成された第5の凹部を含む、プレナム。
- 請求項2に記載のプレナムであって、前記第5の凹部に配置され、第3の冷却剤を受けるバックアップ通路をさらに含む、プレナム。
- 請求項3に記載のプレナムであって、前記第3の冷却剤は圧縮乾燥空気である、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、
前記第3の凹部は、円形であり、前記第1の冷却剤を、前記プレナムの中央に配置された出力に向けて導き、
前記第4の凹部は、円形であり、前記第2の冷却剤を、前記プレナムの周縁に沿って出力に導く、プレナム。 - 請求項1に記載のプレナムであって、
前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、前記プレナムの上面側にあり、
前記第3の凹部及び前記第4の凹部は、前記プレナムの底面側にある、プレナム。 - 請求項1に記載のプレナムであって、前記第2の凹部、前記第3の凹部、及び前記第4の凹部は、それぞれチャネルである、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、前記本体は円形である、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、前記本体は、前記誘電体ウィンドウの外周縁に適合するような形とサイズに形成されている、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、前記本体は、前記第3の凹部及び前記第5の凹部のうちの少なくとも1つを冷却するためのバックアップ通路を含む、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、前記第3の凹部は、半径方向に延びるとともに前記第1の冷却剤を前記第1の入口ポートから中央に配置された出力にガイドするガイドを含む、プレナム。
- 請求項1に記載のプレナムであって、前記第3の凹部は、環状に延びるとともに前記第1の冷却剤を環状方向に導くガイドを含む、プレナム。
- 請求項12に記載のプレナムであって、
前記第3の凹部は、ディバイダ又は半径方向に延びるガイドの少なくとも1つを含み、
前記環状に延びるガイド及び前記ディバイダ又は前記半径方向に延びるガイドの前記少なくとも1つは、前記第1の冷却剤を、前記第1の入口ポートから中央に配置された出力に導く、プレナム。 - 請求項1に記載のプレナムを含むシステムであって、前記第1の入口ポートに前記第1の冷却剤を供給し、前記第2の入口ポートに前記第2の冷却剤を供給する少なくとも1つの冷却剤供給源を含む、システム。
- 請求項14に記載のシステムであって、前記第1の冷却剤は前記第2の冷却剤と異なる、システム。
- 請求項14に記載のシステムであって、前記第1の冷却剤は、前記第2の冷却剤と比べ、流量又は圧力の少なくとも1つにおいて異なる、システム。
- 請求項14に記載のシステムであって、前記第1の冷却剤は圧縮乾燥空気であり、前記第2の冷却剤は大気圧の空気である、システム。
- 請求項1に記載のプレナムを含むシステムであって、
前記誘電体ウィンドウと、
前記第1の冷却剤の流量又は圧力の少なくとも1つ、及び前記第2の冷却剤の流量又は圧力の少なくとも1つを調整するように構成されたバルブ又はマスフローコントローラーの少なくとも1つとを含む、システム。 - 請求項1に記載のプレナムと前記誘電体ウィンドウとを含むシステムであって、
前記第3の凹部は、前記誘電体ウィンドウと第1のチャネルを形成し、
前記第4の凹部は、前記誘電体ウィンドウと第2のチャネルを形成する、システム。 - 請求項19に記載のシステムであって、
前記誘電体ウィンドウの温度又は前記プレナムの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの出力に基づいて、前記第1の冷却剤の流量又は前記第2の冷却剤の流量の少なくとも1つを調整するように構成されたコントローラーとをさらに含む、システム。 - トランス結合型プラズマウィンドウ用のプレナムであって、
第1の入口ポートと、
第2の入口ポートと、
バックアップポートと、
本体とを含み、
前記本体は、
第1のコイルを保持するように構成された円形凹部と、
第2のコイルを保持するように構成された第1のチャネルと、
前記本体の前記円形凹部と前記第1のチャネルの反対側に設けられ、前記誘電体ウィンドウの第1の領域に対向し、前記第1の入口ポートから第1の冷却剤を受け、前記第1の冷却剤を前記第1の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第1の部分を冷却するように構成された第2のチャネルと、
前記本体の前記円形凹部及び前記第1のチャネルの反対側であり前記第2のチャネルの半径方向内側に配置され、前記誘電体ウィンドウの第2の領域に対向し、前記第2の入口ポートから第2の冷却剤を受け、前記第2の冷却剤を前記第2の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第2の部分を冷却するように構成された第3のチャネルと、
前記本体の前記円形凹部及び前記第1のチャネルの反対側であり前記第3のチャネルの半径方向内側に配置され、前記誘電体ウィンドウの第3の領域に対向し、前記バックアップポートから第3の冷却剤を受け、前記第3の冷却剤を前記第3の領域にわたって導き前記誘電体ウィンドウの第3の部分を冷却するように構成された第4のチャネルとを含む、プレナム。 - 請求項21に記載のプレナムであって、前記第3のチャネルは、前記第4のチャネルよりも深く、前記第2の冷却剤を前記第4のチャネルに導く、プレナム。
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