JP3171182U - プラズマ処理チャンバ用のc字形閉じ込めリング - Google Patents

プラズマ処理チャンバ用のc字形閉じ込めリング Download PDF

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Abstract

【課題】容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極と下部電極との間の隙間を取り巻く拡張プラズマ閉じ込め領域にプラズマを閉じ込める閉じ込めリングを提供する。【解決手段】閉じ込めリングは、水平方向に延びるとともに、その内側端部において、プラズマチャンバの上部電極の外縁の下にあるように適応された環状フランジを含む環状の上壁と、上壁の外端から下向きに垂直方向に延びる側壁と、側壁の下端から内向きに水平方向に延びる環状の下壁であって、円周方向に相隔たれた半径方向に延びる複数のスロットを含む環状の下壁とを備える。各スロットは、少なくとも1.0インチの長さと、0.05〜0.2インチの均一幅とを有し、最大で2?ずらされた等間隔で半径方向位置に配置される。【選択図】図4A

Description

半導体技術の世代が進むにつれて、ウエハは直径が増大する傾向にあり、トランジスタのサイズは縮小しているので、ウエハ処理では、かつてないほど高レベルの精度及び再現性が必要とされている。シリコンウエハなどの半導体基板材料は、通常、プラズマ処理チャンバを使用して処理される。プラズマ処理技術は、スパッタリング蒸着、プラズマ助長化学気相成長(PECVD)、レジスト剥離、及びプラズマエッチングを含む。プラズマは、プラズマ処理チャンバ内の適切なプロセスガスに高周波(RF)電力を加えることによって生成されえる。プラズマ処理チャンバ内のRF電流のフローは、処理に影響を及ぼすことができる。
プラズマ処理チャンバは、プラズマ生成のために、誘導結合(トランス結合)、ヘリコン、電子サイクロトロン共鳴、容量結合(平行平板)などの様々なメカニズムを利用することができる。例えば、高密度プラズマは、トランス結合プラズマ(TCP:商標)処理チャンバ内において、又は電子サイクロトロン共鳴(ECR)処理チャンバ内において発生させることができる。RFエネルギがチャンバ内へ誘導結合されるトランス結合プラズマ処理チャンバは、カリフォルニア州フリーモント市所在のラムリサーチ社(Lam Research Corporation)から入手可能である。高密度プラズマを提供することができるハイフロープラズマ処理チャンバの一例が、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第5,948,704号に開示されている。平行平板プラズマ処理チャンバ、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ処理チャンバ、及びトランス結合プラズマ(TCP:商標)処理チャンバは、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第4,340,462号、第4,948,458号、第5,200,232号、及び第5,820,723号に開示されている。
例えば、プラズマは、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第6,090,304号に記載されている二重周波数プラズマエッチングチャンバなどの平行平板プラズマ処理チャンバ内において発生させることができる。好ましい平行平板プラズマ処理チャンバは、上方シャワーヘッド電極と基板サポートとを含む二重周波数容量結合プラズマ処理チャンバである。例示のため、ここでは、平行平板プラズマ処理チャンバを参照にして実施形態の説明がなされる。
プラズマエッチングのための平行平板プラズマ処理チャンバが、図1に示されている。プラズマ処理チャンバ100は、チャンバ110と、入口ロードロック112と、任意の出口ロードロック114とを含み、これらの更なる詳細は、参照によって本明細書に全体を組み込まれた出願人所有の米国特許第6,824,627号に記載されている。
ロードロック112及び(備えられている場合には)ロードロック114は、ウエハなどの基板をウエハ供給部162からチャンバ110を通ってウエハ貯蔵部164へ出るように移動させるための移動装置を含む。ロードロックポンプ176は、ロードロック112,114内に所望の真空圧を提供することができる。
チャンバ110内を所望の圧力に維持するように、ターボポンプなどの真空ポンプ172が適応される。プラズマエッチング中、チャンバ圧力は制御され、好ましくはプラズマを維持するのに十分なレベルに維持される。高すぎるチャンバ圧力が、エッチングの停止の原因となりえて不利である一方で、低すぎるチャンバ圧力は、プラズマの消滅を招く恐れがある。平行平板プラズマ処理チャンバなどの中密度プラズマ処理チャンバでは、チャンバ圧力は、好ましくは、約200ミリトール未満(例:20〜50ミリトールのように100ミリトール未満)(ここで使用される「約」は、±10%を意味する)の圧力に維持される。
真空ポンプ172は、チャンバ内の圧力を制御するために、チャンバ110の壁にある出口につながれてバルブ173によってスロットル調整することができる。好ましくは、真空ポンプは、チャンバ110にエッチングガスが流れ込む間、チャンバ110内の圧力を200ミリトール未満に維持することができる。
チャンバ110は、上部電極125(例:シャワーヘッド電極)を含む上部電極アセンブリ120と、基板サポート150とを含む。上部電極アセンブリ120は、上側ケース130内に装着される。上側ケース130は、上部電極125と基板サポート150との間の間隔を調整するために、機構132によって垂直方向に移動され得る。
1または複数のガスを含むプロセスガスを上部電極アセンブリ120に供給するために、ケース130にプロセスガス源170が接続され得る。好ましいプラズマ処理チャンバでは、上部電極アセンブリは、基板の表面に近接する領域にプロセスガスを供給するために使用することができるガス分配システムを含む。ガス分配システムは、1または複数のガスリング、注入器、及び/又はシャワーヘッド(例:シャワーヘッド電極)を含むことができ、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第6,333,272号、第6,230,651号、第6,013,155号、及び第5,824,605号に開示されている。
上部電極125は、好ましくは、プロセスガスを分配するためのガス穴(不図示)を有するシャワーヘッド電極を含む。ガス穴は、0.02〜0.2インチ(およそ0.05〜0.5cm)の直径を有することができる。シャワーヘッド電極は、プロセスガスの所望の分配を促すことができる1または複数枚の垂直方向に相隔たれたバッフル板を含むことができる。上部電極及び基板サポートは、グラファイト、シリコン、炭化シリコン、アルミニウム(例えば、陽極酸化アルミニウム)、又はこれらの組み合わせなどの任意の適切な材料で形成されてよい。上部電極アセンブリ120には熱伝達液体源174を、基板サポート150には別の熱伝達液体源をそれぞれ接続することができる。
基板サポート(支持部)150は、基板サポート150の上面155(支持面)上に基板を静電的にクランプするために、1または複数の埋め込みクランプ電極を有することができる。基板サポート150には、RF源およびRF整合回路網などの付随回路網(不図示)によって電力が供給され得る。基板サポート150は、好ましくは温度制御され、任意に加熱するための加熱構成(不図示)を含んでよい。加熱構成の例は、参照によって本明細書に組み込まれた同一出願人の米国特許第6,847,014号及び第7,161,121号に開示されている。基板サポート150は、支持面155上にフラットパネル又は200mm若しくは300mmのウエハなどの半導体基板を支持することができる。
基板の処理中に基板の温度を制御するために、基板サポート150は、好ましくは、支持面155上に支持された基板の下にヘリウムなどの熱伝達ガスを供給するための通路を内部に含む。例えば、ヘリウム裏面冷却は、ウエハ温度を、基板上のフォトレジストの燃焼を阻止しえる十分な低さに維持することができる。基板と基板支持面との間の空間に加圧ガスを導入することによって基板の温度を制御する方法は、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第6,140,612号に開示されている。
基板サポート150は、リフトピンを通すリフトピン穴(不図示)を含むことができ、これらのピンは、基板をチャンバ110に出し入れするために、適切な機構によって垂直方向に作動され、基板を支持面155から持ち上げることができる。リフトピン穴は、約0.08インチ(およそ0.2cm)の直径を有する。リフトピン穴の詳細は、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれた出願人所有の米国特許第5,885,423号及び第5,796,066号に開示されている。
図2は、内部のRF電流の流路を図解するために、容量結合プラズマ処理チャンバ200のブロック図を示している。処理チャンバ200内において、基板206が処理されている。基板206をエッチングするためのプラズマを点火するために、チャンバ200内のプロセスガスにRF電力が加えられる。RF電流は、基板の処理中に、RF供給部222からRF整合回路網220を介してケーブル224に沿って処理チャンバ200に流れ込むことができる。RF電流は、経路240に沿って伝わり、プロセスガスと結合することによって、下部電極204の上方に配置された基板206を処理するためのプラズマを閉じ込めチャンバ容量部210内に形成することが可能である。
プラズマの形成を制御するために及び処理チャンバ壁を保護するために、閉じ込めリング212が用いられてよい。典型的な閉じ込めリングの詳細は、ともに2009年8月31日に出願された出願人所有の米国仮特許出願第61/238656号、第61/238665号、第61/238670号、並びに米国特許出願公開第2008/0149596号に記載されている。閉じ込めリング212は、シリコン、ポリシリコン、炭化シリコン、炭化ホウ素、セラミック、アルミニウムなどの導電性の材料で作成されてよい。通常、閉じ込めリング212は、その内部にプラズマが形成される閉じ込めチャンバ容量部210の周囲を取り巻くように構成されてよい。閉じ込めリング212に加えて、閉じ込めチャンバ容量部210の周囲は、上部電極202、下部電極204、216及び218などの1つ又は複数の絶縁体リング、エッジリング214、並びに下部電極支持構造228によって画定されてもよい。
閉じ込め領域(閉じ込めチャンバ容量部210)から中性ガス種を排出するために、閉じ込めリング212は、(スロット226a、226b、及び226cなどの)複数のスロットを含んでよい。中性ガス種は、ターボポンプ234を通じて処理チャンバ200から押し出され得る。
本明細書で説明されるのは、容量結合プラズマ処理チャンバの部品として有用な閉じ込めリングであって、当該閉じ込めリングの内側面は、上部電極と、チャンバ内におけるプラズマ処理中に半導体基板をその上に支持する下部電極との間の隙間を取り巻く拡張プラズマ閉じ込め領域を提供し、上記閉じ込めリングは、水平方向に延びるとともに、その内側端部において、プラズマチャンバの上部電極の外縁の下にあるように適応された環状フランジを含む環状の上壁と、当該上壁の外端から下向きに垂直方向に延びる側壁と、当該側壁の下端から内向きに水平方向に延びる環状の下壁であって、円周方向に相隔たれた半径方向に延びるスロットを含み、各スロットは、少なくとも1.0インチ(およそ2.5cm)の長さと、0.05〜0.2インチ(およそ0.1〜0.5cm)の均一幅とを有し、これらのスロットは、最大で2°ずらされた等間隔で半径方向位置に配される、環状下壁とを含む。
典型的なプラズマ処理チャンバの概略図である。
容量結合プラズマ処理チャンバ及びその中のRF帰還路のブロック図である。
典型的な隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの部分断面図である。
一実施形態に従う閉じ込めリングの斜視図である。
図4Aの閉じ込めリングの側壁内の一群の通り穴の詳細を示す図である。
図4Aの閉じ込めリングのネジ穴の部分断面図である。
図4Aの閉じ込めリングの位置合わせピン穴の部分断面図である。
図4Aの閉じ込めリングの上面図である。
上壁を取り除かれた状態の図4Aの閉じ込めリングの切り取り図である。
本明細書で説明されるのは、隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極と下部電極との間の隙間を取り巻く拡張プラズマ閉じ込め領域内にプラズマを閉じ込めるように構成された閉じ込めリングである。図3は、典型的な隙間調整可能な容量結合プラズマ処理チャンバ300の部分断面図を示している。チャンバ300は、基板支持アセンブリ310と、中心電極板303及び環状外側電極304を含む上部電極と、環状外側電極304から外向きに延びる、一実施形態に従う導電性の(例えば、純粋なアルミニウム又はアルミニウム合金であり、ここではアルミニウムと総称される)閉じ込めリング500とを含む。閉じ込めリング500は、その中心軸を通る垂直面から見たときに、C字形の断面を有する。
図4A〜4Fは、閉じ込めリング500の詳細を示している。閉じ込めリング500は、水平方向に延びるとともに、その内側端部において、プラズマチャンバ300の環状外側電極304の外縁の下にあるように適応された環状フランジ511を含む環状の上壁510と、上壁510の外端から下向きに垂直方向に延びる側壁520と、側壁520の下端から内向きに水平方向に延びる環状の下壁530であって、プラズマ閉じ込め領域からガス状副産物を押し出すことができる円周方向に相隔たれた半径方向に延びるスロット531を含み、む。各スロット531は、少なくとも1.0インチ(およそ2.5cm)の長さと、0.05〜0.2インチ(およそ0.1〜0.5cm)の均一幅とを有し、これらのスロット531は、最大2°ずらされた、好ましくは1.25°ずらされた等間隔で半径方向位置に配置される、環状の下壁530とを含む。
側壁520は、水平に5列をなして密集して配置されている等間隔の一群の通り穴521を除いて開口を持たない。各穴521は、好ましくは、約0.030インチ(ここで使用される「約」は、±10%を意味する)(およそ0.076cm)の直径を有し、これらの穴521は、約0.06インチ(およそ0.2cm)相隔たれる。
下壁530は、約14.880インチ(およそ37.795cm)の内径を有する。上壁510は、約16.792インチ(およそ42.652cm)の内径を有する。側壁520は、約20.500インチ(およそ52.070cm)の外径と、約20.000インチ(およそ50.800cm)の内径と、約0.25インチ(およそ0.64cm)の厚さとを有する。
上壁510の水平下面512は、下壁530の水平上面532から約0.850インチ(およそ2.159cm)隔たれる。
下壁530は、約0.25インチ(およそ0.64cm)の厚さを有する。下壁530は、その内周において、下向きに延びる環状突出535を含む。環状突出535は、約0.365インチ(およそ0.927cm)の幅を有し、下壁530の下面534の下方に0.2インチ(およそ0.5cm)にわたって延びる。
各スロット531は、約1.892インチ(およそ4.806cm)の長さと、約0.08インチ(およそ0.2cm)の幅とを有する。スロット531の両端は、丸められる。各スロット531は、そのすぐ隣のスロットから約1.25°ずらされる。各スロット531は、閉じ込めリング500の中心軸から約7.97インチ(およそ20.2cm)の位置から約9.862インチ(およそ25.05cm)の位置にわたって半径方向に延びる。
上壁510は、約0.31インチ(およそ0.79cm)の厚さを有する。環状フランジ511は、上壁510の上部内端における環状凹所515によって形成される。環状凹部515は、上壁510の内周から約0.1245インチ(およそ0.3162cm)にわたって延びる水平面515bと、上壁510の上面516から0.165インチ(およそ0.419cm)にわたって延びる垂直面515aとによって形成される。
上壁510は、その上面516内に、8つの7/16−28(ユニファイねじ規格(Unified Thread Standard))ネジ穴530を含む。ネジ穴530の中心は、互いに45°ずらされて、閉じ込めリング500の中心軸から約9.315インチ(およそ23.66cm)に位置する。各ネジ穴530は、約0.2インチ(およそ0.5cm)の深さを有する。
上壁510は、更に、3つの位置合わせピン穴540a、540b、及び540c(540と総称される)を含む。位置合わせピン穴540は、滑らかである(ネジ切りされていない)。各位置合わせピン穴は、約0.116インチ(およそ0.295cm)の直径と、約0.2インチ(およそ0.5cm)の深さとを有する。位置合わせピン穴540の中心は、閉じ込めリング500の中心軸から約9.5インチ(およそ24cm)に位置する。上壁510から下壁530に向かう方向から見て、穴540cは、ネジ穴530の1つから約34.5°反時計回りにずらされ、穴540bは、穴540cから反時計回りに約115°ずらされ、穴540aは、穴540bから反時計回りに約125°ずらされる。
閉じ込めリング500は、1つの一体パーツであってよい、又は複数パーツの組み立て品であってよい。例えば、閉じ込めリング500は、或いは、(例えば適切なボルト若しくはクランプ構成によって)機械的に取り付けられた又は接合(例えばろう付け、溶接、若しくは接着)された2つ又は3つ以上の部位を含むことができ、これらの部位は、水平面又は垂直面に沿って取り付ける又は接合することができる。
下面534は、基板支持アセンブリ310の可動接地リング(不図示)の上端との電気的接触を提供することができ、ここで、下面534は、好ましくは、可動接地リングとの電気的接触を向上させるように適応された導電性のコーティングを含む。プロセスガス及び反応副産物は、半径方向に延びるスロット531を通じてプラズマ処理チャンバから押し出すことができる。
任意に、閉じ込めリング500の下に、少なくとも1つのスロット付きリング307が嵌め込まれ得る。スロット付きリング307は、半径方向に延びるスロット531を通るガスフロー伝導性を調整するように閉じ込めリング500に対して位置決め可能なスロットパターンを有することができる。
閉じ込めリング500は、容量結合プラズマ処理チャンバの部品として有用であり、閉じ込めリング500の内面は、上部電極と、チャンバ内におけるプラズマ処理中に半導体基板をその上に支持する下部電極との間の隙間を取り巻く拡張プラズマ閉じ込め領域を提供する。
以上では、具体的な実施形態を参照にして閉じ込めリングの詳しい説明がなされてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく各種の変更及び修正がなされてよいこと、並びに各種の均等物が採用されてよいことが明らかである。

Claims (14)

  1. 容量結合プラズマ処理チャンバの部品として有用な閉じ込めリングであって、前記閉じ込めリングの内側面は、上部電極と、前記チャンバ内におけるプラズマ処理中に半導体基板をその上に支持する下部電極との間の隙間を取り巻く拡張プラズマ閉じ込め領域を提供し、前記閉じ込めリングは、
    水平方向に延びるとともに、その内側端部において、前記プラズマチャンバの前記上部電極の外縁の下にあるように適応された環状フランジを含む環状の上壁と、
    前記上壁の外端から下向きに垂直方向に延びる側壁と、
    前記側壁の下端から内向きに水平方向に延びる環状の下壁であって、円周方向に相隔たれた半径方向に延びる複数のスロットを含む環状の下壁と、各前記スロットは、少なくとも1.0インチ(およそ2.5cm)の長さと、0.05〜0.2インチ(およそ0.1〜0.5cm)の均一幅とを有し、前記各スロットは、最大で2°ずらされた等間隔で半径方向位置に配置されることと、
    を備える閉じ込めリング。
  2. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記側壁は、水平に5列をなして配置されている、約0.030インチ(およそ0.076cm)の直径を有する等間隔の一群の通り穴を除いて開口を持たない、閉じ込めリング。
  3. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下壁は、約14.880インチ(およそ37.795cm)の内径と、約0.25インチ(およそ0.64cm)の厚さとを有する、閉じ込めリング。
  4. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記上壁は、約16.792インチ(およそ42.652cm)の内径と、約0.31インチ(およそ0.79cm)の厚さとを有する、閉じ込めリング。
  5. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記側壁は、約20.500インチ(およそ52.070cm)の外径と、約20.000インチ(およそ50.800cm)の内径と、約0.25インチ(およそ0.64cm)の厚さとを有する、閉じ込めリング。
  6. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記上壁の水平下面は、前記下壁の水平上面から約0.850インチ(およそ2.159cm)隔たれる、閉じ込めリング。
  7. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記各スロットは、約1.892インチ(およそ4.806cm)の長さと、約0.08インチ(およそ0.2cm)の幅とを有し、前記各スロットの両端は、丸められ、前記各スロットは、そのすぐ隣のスロットから約1.25°ずらされ、前記各スロットは、前記閉じ込めリングの中心軸から約7.97インチ(およそ20.2cm)の位置から約9.862インチ(およそ25.05cm)の位置にわたって半径方向に延びる、閉じ込めリング。
  8. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下壁は、その内周において、下向きに延びる環状突出を含み、前記環状突出は、約0.365インチ(およそ0.927cm)の幅を有し、前記下壁の下面の下方に約0.2インチ(およそ0.5cm)にわたって延びる、閉じ込めリング。
  9. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記環状フランジは、前記上壁の上部内端における環状凹部によって形成され、前記環状凹部は、前記上壁の内周から約0.1245インチ(およそ0.3162cm)にわたって延びる水平面と、前記上壁の上面から0.165インチ(およそ0.419cm)にわたって延びる垂直面とによって形成される、閉じ込めリング。
  10. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、更に、
    前記上壁の上面内に、8つの7/16−28ネジ穴を備え、前記ネジ穴の中心は、前記閉じ込めリングの中心軸から約9.315インチ(およそ23.66cm)に位置し、互いに45°ずらされ、各前記ネジ穴は、約0.2インチ(およそ0.5cm)の深さを有する、閉じ込めリング。
  11. 請求項10に記載の閉じ込めリングであって、更に、
    第1、第2、及び第2の位置合わせピン穴を備え、
    前記位置合わせピン穴は、ネジ切りされておらず、
    前記位置合わせピン穴の各自は、約0.116インチ(およそ0.295cm)の直径と、約0.2インチ(およそ0.5cm)の深さとを有し、
    前記位置合わせピン穴の中心は、前記閉じ込めリングの中心軸から約9.5インチ(およそ24cm)に位置し、
    前記第3の位置合わせピン穴は、前記ネジ穴の1つから反時計回りに約34.5°ずらされ、
    前記第2の位置合わせピン穴は、前記第3の位置合わせピン穴から反時計回りに約115°ずらされ、
    前記第1の位置合わせピン穴は、前記第2の位置合わせピン穴から反時計回りに約125°ずらされる、閉じ込めリング。
  12. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記閉じ込めリングは、単一の一体パーツである、または水平面若しくは垂直面に沿って機械的に取り付けられた若しくは接合された2つ若しくは3つ以上の部位を備える、閉じ込めリング。
  13. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記閉じ込めリングは、導電性の材料で作成されている閉じ込めリング。
  14. 請求項1に記載の閉じ込めリングであって、
    前記閉じ込めリングは、アルミニウム製である閉じ込めリング。
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