JP3408245B2 - プラズマ処理のためのエラストマ結合材と、その製造並びに利用方法 - Google Patents
プラズマ処理のためのエラストマ結合材と、その製造並びに利用方法Info
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Description
用の装置に関する。
ズマ処理反応装置内で使用される電極は、米国特許第5
074456号および第5569356号、本明細書で
参照することにより組み込まれたそれらの開示内容に開
示されている。'456特許は、上側電極が半導体純正
物からなり、接着剤、はんだ、またはろう付け層によっ
て支持フレームに結合されている。はんだ付けまたはろ
う付け層は、インジウム、銀、それらの合金などの低蒸
気圧金属であってよく、支持フレームと電極の結合面に
はチタンやニッケルなどの金属の薄層を被覆して、結合
層の濡れ性および接着性を増進することができる。In
結合などの冶金結合が、電極と電極が結合されている部
分との示差熱膨張/収縮によって電極を反らせることが
判明している。また、これらの冶金結合は、高プラズマ
処理電力では結合の熱疲労および/または溶融のために
機能しないことも判明している。
る多数の制限を克服するために、ドライ・プラズマ・エ
ッチング、反応性イオン・エッチング、およびイオン・
ミリング技術が開発された。特にプラズマ・エッチング
は、垂直エッチ・レートを水平エッチ・レートよりもは
るかに大きくでき、それにより結果として得られるエッ
チングされたフィーチャの縦横比(すなわち結果として
得られるノッチの高さと幅の比)を適切に制御すること
ができる。実際、プラズマ・エッチングは、高い縦横比
を有する非常に微細なフィーチャを厚さ1マイクロメー
トルにわたってフィルムに形成することを可能にする。
的低圧でガスに大量のエネルギーを加え、それによりガ
スをイオン化することによって、ウェハのマスクされる
表面の上方にプラズマが形成される。エッチングすべき
基板の電位を調節することによって、プラズマ中の荷電
物体を、ウェハにほぼ垂直に衝突するように方向付けす
ることができ、ウェハのマスクされていない領域にある
材料が除去される。
合、エッチングされる材料と化学反応性があるガスを使
用することによってより効果的に行うことができる。い
わゆる「反応性イオン・エッチング」は、プラズマのエ
ネルギエッチング効果をガスの化学的エッチング効果と
組み合わせる。しかし、多くの化学的な活性剤が過度の
電極摩耗をもたらすことが判明している。
ング・レートを得るために、プラズマをウェハの表面に
わたって均等に分布させることが望ましい。例えば、米
国特許第4595484号、第4792378号、第4
820371号、第4960488号は、電極の複数の
穴を通してガスを分配するシャワーヘッド電極を開示す
る。これらの特許は一般に、半導体ウェハに対してガス
蒸気の均一な流れを付与するように調整されたアパーチ
ャの配置構成を有するガス分配プレートを記述する。
常、内部に上側電極または陽極、および下側電極または
陰極が配置されたエッチング・チャンバからなる。陰極
は、陽極および容器壁に関して負にバイアスをかけられ
ている。エッチングすべきウェハは、適切なマスクによ
ってカバーされ、陰極に直接配置されている。O2、
N2、He、またはArを伴うCF4、CHF3、CCl
F3、およびSF6などの化学反応性ガスがエッチング・
チャンバ内に導入され、一般的にはミリトール範囲内の
圧力で維持される。上側電極は、電極を介してチャンバ
内へガスを均一に分散することを許容するガス穴を備え
る。陽極と陰極の間に生成された電界が、プラズマを形
成する反応性ガスを分離させる。ウェハの表面は、活性
イオンとの化学的相互作用によって、かつウェハの表面
に当たるイオンの運動量の搬送によってエッチングされ
る。電極によって生成される電界は、陰極にイオンを引
きつけ、イオンが主に垂直方向で表面に当たるように
し、それによりこのプロセスは、適切に画定された垂直
にエッチングされた側壁を生成する。
ャワーヘッド電極10が図1に示される。その種のシャ
ワーヘッド電極10は、一般に電極10の下方に1〜2
cmの間隔を置いてウェハが支持される平底電極を有す
る静電チャックと共に使用される。この種のチャッキン
グ構成は、ウェハとチャックの間の熱伝達率を制御する
背面He圧力を供給することによってウェハの温度制御
を可能にする。
ばならない消耗部品である。電極アセンブリは温度制御
部材に取り付けられるため、交換を容易にするために、
従来、シリコン電極10の外縁部の上面を、融点が約1
56℃のインジウムを有するグラファイト支持リング1
2に冶金的に結合している。プラズマによって吸収され
る高周波出力により電極が加熱されるため、そのような
低い融点は、電極に加えることができる高周波出力の量
を制限する。電極10は、中心から縁部へ均一な厚さを
有する平面形ディスクである。リング12の外側フラン
ジは、アルミニウム・クランプ・リング16によって、
水冷チャネル13を有するアルミニウム温度制御部材1
4にクランプされる。水は、水導入口/導出口接続部1
3aによって冷却チャネル13内を循環させられる。空
間を置いて離間された石英リングのスタックからなるプ
ラズマ閉込めリング17が、電極10の外周縁を取り囲
む。プラズマ閉込めリング17は、誘電体環状リング1
8にボルト締結され、誘電体環状リング18は、誘電体
ハウジング18aにボルト締結されている。閉込めリン
グ17の目的および機能は、反応装置内で圧力差を生
じ、反応チャンバ壁とプラズマの間の電気抵抗を増大さ
せ、それにより上部電極と下部電極の間にプラズマを閉
じ込めることである。クランプ・リング16の半径方向
内側に延在するフランジが、グラファイト支持リング1
2の外側フランジに嵌合する。したがって、電極10の
露出表面にクランプ圧力が直接加えられることはない。
制御部材14の中心穴20を介して電極10に供給され
る。次いでガスは、1つまたは複数の垂直方向に空間を
置いて離間されたバッフル板22を通して分配され、反
応チャンバ24内にプロセス・ガスを均等に分散するた
めの電極10のガス分配穴(図示せず)を通過する。電
極10から温度制御部材14への熱伝導の増大をもたら
すために、温度制御部材14と支持リング12の対向す
る表面間の開いた空間を満たすようにプロセス・ガスを
供給することができる。さらに、環状リング18または
閉込めリング17内のガス経路(図示せず)に接続され
たガス経路27により、反応チャンバ24内で圧力を監
視することができるようになる。温度制御部材14と支
持リング12の間に圧力下でプロセス・ガスを維持する
ために、支持リング12の内面と温度制御部材14の対
向する表面との間に第1のOリング・シール28が付与
され、支持リング12の上面の外側部分と部材14の対
向する表面との間に第2のOリング・シール29が付与
される。チャンバ24内の真空環境を維持するために、
温度制御部材14と円筒形部材18bの間、および円筒
形部材18bとハウジング18aの間に追加のOリング
30、32が付与される。
するプロセスは、シリコン電極10とグラファイト・リ
ング12の熱膨張係数が異なるために電極の湾曲または
割れを生じる可能性がある結合温度まで電極を加熱する
ことを必要する。また、ウェハの汚染は、電極10とリ
ング12の間の接合またはリング自体に由来するはんだ
粒子または気化はんだ汚染物質に起因する可能性があ
る。高出力プラズマ処理中、電極の温度が、はんだを溶
融して、電極10の一部または全てをリング12から分
離させるのに十分な高さになる可能性もある。しかし、
電極10がリング12から部分的にでも分離されると、
リング12と電極10の間の電気および熱出力伝送の局
所変動が、電極10の下方で不均一なプラズマ密度を生
じる可能性がある。
ャンバを使用して、真空チャンバにエッチングまたは付
着ガスを供給し、ガスに高周波電界を加えてガスをプラ
ズマ状態に励起することによって、基板上での材料のエ
ッチングおよび化学気相成長(CVD)を行う。平行板、誘
導結合プラズマ(ICP)とも呼ばれる変成器結合プラ
ズマ(TCP(登録商標))、電子サイクロトロン共鳴
(ECR)反応装置、およびその構成要素の例が、既に
所有する米国特許第4340462号、第494845
8号、第5200232号、および第5820723号
に開示されている。そのような反応装置内のプラズマ環
境に腐食性があるため、ならびに粒子および/または重
金属汚染を最小限に抑えることが要求されるため、その
ような機器の構成要素が高い耐食性を示すことが強く望
まれる。
クランプおよび静電クランプ(ESC)によって、真空
チャンバ内部で基板ホルダ上に定位置に保持される。そ
のようなクランプ・システム、およびその構成要素の例
は、既に所有する米国特許第5262029号および第
5838529号で見ることができる。プロセス・ガス
は、ガス・ノズル、ガス・リング、ガス分配プレートに
よるものなど様々な方法でチャンバに供給することがで
きる。誘導結合プラズマ反応装置およびその構成要素用
の温度制御ガス分配プレートの例は、既に所有する米国
特許第5863376号で見ることができる。
ニウムおよびアルミニウム合金が使用される。壁の腐食
を防止するためにアルミニウム表面に様々なコーティン
グを被覆する様々な技術が提案されている。例えば、米
国特許第5641375号は、アルミニウム・チャンバ
壁が、壁のプラズマ侵食および摩耗を低減するために陽
極化されていることを開示する。'375特許は、最終
的には、陽極化された層がスパッタリングされ、または
エッチングして除去されて、チャンバを交換しなければ
ならないことを述べている。米国特許第5680013
号は、エッチング・チャンバの金属表面にAl2O3をフ
レーム溶射するための技術が米国特許第4491496
号に開示されていることを述べている。'013特許
は、アルミニウムと、アルミニウム酸化物などのセラミ
ック・コーティングとの熱膨張係数の差が、腐食性環境
において、熱サイクルによるコーティングの割れ、最終
的にはコーティングの破損をもたらすことを述べてい
る。米国特許第5085727号は、プラズマ・チャン
バの壁に対するカーボン・コーティングを開示し、この
コーティングは、プラズマCVD(plasma assisted CVD)に
よって付着される。
許第5366585号、第5556501号、第578
8799号、第5798016号、および第58853
56号は、ライナ構成を提案する。例えば、'585特
許は、少なくとも厚さ0.005インチ(0.127ミ
リメートル)であり、固体アルミナから機械加工される
自立式セラミック・ライナを開示する。'585特許は
また、基礎のアルミニウムを消耗することなく付着され
るセラミック層を使用することがフレーム溶射またはプ
ラズマ溶射された酸化アルミニウムによって可能になる
場合があることに言及している。'501特許は、ポリ
マーまたは石英もしくはセラミックのプロセス適合ライ
ナを開示する。'799特許は、内部に抵抗ヒータが組
み込まれた温度制御セラミック・ライナを開示し、この
セラミックは、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニ
ア、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、窒化ア
ルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、および窒化チタン
であってよい。'016特許は、セラミック、アルミニ
ウム、鋼および/または石英のライナを開示し、アルミ
ニウムは、機械加工が容易にできるため好ましく、酸化
アルミニウム、Sc2O3またはY2O3のコーティングを
有し、プラズマからのアルミニウムの保護のためにアル
ミニウムを被覆するのにはAl2O3が好ましい。'35
6特許は、アルミナのセラミック・ライナと、CVDチャ
ンバ内で使用するウェハ受台用の窒化アルミニウムのセ
ラミック・シールドとを開示する。米国特許第5904
778号は、チャンバ壁、チャンバ・ルーフ、またはウ
ェハのまわりのカラーとして使用する自立式SiC上の
SiC CVDコーティングを開示する。米国特許第52
92399号は、ウェハ受台を取り囲むSiCリングを
開示する。焼結されたSiCを調製するための技術は、
米国特許第5182059号に開示されている。
ラズマ反応装置構成要素に関し、シャワーヘッドの材料
に関して様々な提案がなされている。例えば、既に所有
する米国特許第5569356号は、シリコン、グラフ
ァイト、または炭化珪素のシャワーヘッドを開示する。
米国特許第5888907号は、アモルファス・カーボ
ン、SiCまたはAlのシャワーヘッド電極を開示す
る。米国特許第5006220号および第502297
9号は、高純度SiCの表面層を付与するために、全体
がSiCからなる、またはCVDによって付着されたSi
Cで被覆されたカーボンのベースからなるシャワーヘッ
ド電極を開示する。
度および耐食性の要求に鑑みて、本技術分野では、その
ような構成要素に使用される材料および/またはコーテ
ィングの改良が必要となっている。さらに、チャンバ材
料に関しては、プラズマ反応装置チャンバの耐用寿命を
延ばし、それにより装置のダウンタイムを低減する任意
の材料が、半導体ウェハを処理するコストを低減するの
に有益である。
ャンバ内の部品のエラストマ接合アセンブリを提供す
る。部品は、基板支持体、ガス分配システム、ライナ、
電極、窓、温度制御された表面などの構成要素を含む。
エラストマ接合アセンブリは、結合面を有する第1の部
分と、第1の部分の結合面に係合する結合面を有する第
2の部分と、第1の部分と第2の部分の間のエラストマ
接合とを備え、エラストマ接合が、第1の部分を第2の
部分に弾性的に取り付け、それによりその温度サイクル
中に第1の部分と第2の部分の間の移動を可能にする。
00℃までの200℃を含めた温度で熱による劣化に対
する抵抗性があるポリマー材料を備えることができる。
エラストマ接合は、ポリマー材料と、電気および/また
は熱伝導粒子のフィラーとを含むことができる。ポリマ
ー材料は、ポリイミド、ポリケトン、ポリエチルケト
ン、ポリエチルスルホン、ポリエチレンテレフタル酸
塩、フルオロエチレンプロピレン共重合体、セルロー
ス、トリアセテート、またはシリコーンを備えることが
できる。フィラーは、5〜20重量%のシリコンを有す
るアルミニウム合金などの金属粒子であってよい。エラ
ストマ接合は、噛合いおよび/またはセルフアライニン
グ構成を付与するような輪郭にされた結合表面間に配置
することができる。
体基板処理用のプラズマ反応チャンバに用いる電極アセ
ンブリを提供する。電極アセンブリは、結合面を有する
支持部材と、高周波電極と、それらの間のエラストマ接
合とを含む。電極は、反応チャンバ内で処理すべき半導
体基板に面するように意図された露出面と、エラストマ
接合によって支持部材の結合面に接合される電極の外縁
部にある結合面とを有する。エラストマー接合は、アセ
ンブリの温度サイクル中に支持部材に関して電極が動く
ことを可能にするために、熱的不一致および/または熱
的勾配を補償する。
ーヘッド電極を備え、電極アセンブリは、シャワーヘッ
ド電極の背面にプロセス・ガスを供給するガス経路を有
する温度制御部材に着脱可能に取り付けられる。この場
合、温度制御部材は、任意選択で、キャビティと、キャ
ビティ内に位置された1つまたは複数のバッフル板とを
含むことができ、それによりガス経路は、キャビティ内
にプロセス・ガスを供給し、バッフルおよびシャワーヘ
ッド電極の出口を通って進む。エラストマ接合を収容
し、電極の外縁部の周りに完全に延びるシールを提供す
るように、電極および/または支持部材内に凹部を配置
することができる。電極は、均一または不均一な厚さの
円形シリコン・ディスクを備えることができ、エラスト
マ接合は、金属粒子など導電性フィラーを有する導電性
材料を備えることができる。フィラーは、電極と支持部
材の間に直接電気的接触を付与することが好ましい。
用なシャワーヘッド電極など高周波出力電極を組み立て
る方法を提供する。この方法は、電極と支持部材の1つ
または複数の結合表面にエラストマ結合材料を塗布する
こと、電極と支持部材を組み立てること、電極と支持部
材の間にエラストマ接合を形成するために結合材料を硬
化することを含む。結合表面は、好ましくは、後で硬化
されるプライマで被覆され、かつ/または結合材料が、
電極および/または支持部材に塗布される前にガス泡を
除去するために真空環境内で高密度化工程が施される。
好ましい実施形態では、エラストマ結合材料は、グラフ
ァイト支持リング内の浅い凹部に塗布され、シリコン電
極は、接合の硬化中に支持リングに対して押圧される。
半導体基板を処理する方法を提供する。この方法は、ウ
ェハなど半導体基板をプラズマ反応チャンバに供給する
ことと、プロセス・ガスをチャンバに供給することと、
電力を電極アセンブリに供給することによって基板を処
理することとを含む。電極アセンブリは、電極および支
持部材を含み、電力は、電極を支持部材に結合するエラ
ストマ接合を介して電極に移り、それによりアセンブリ
の温度サイクル中に支持部材に関して電極が動く。電極
は、シャワーヘッド電極であってよく、プロセス・ガス
は、プラズマ反応チャンバ内に取り付けられた温度制御
部材内のガス経路を介してチャンバに供給することがで
き、それによりプロセス・ガスがシャワーヘッド電極の
露出表面を通過する。支持部材は、温度制御部材に着脱
可能に取り付けられたグラファイト・リングであってよ
く、電極は、単にエラストマ接合によってグラファイト
・リングに接合されたシリコン・ディスクであってよ
い。
体、ガス供給部、エネルギー源、セラミック・ライナ、
および弾性支持部材を含む半導体基板を処理するための
プラズマ処理システムを提供する。プラズマ処理チャン
バは、チャンバ側壁によって境界を画された内部空間を
有し、基板がその上で処理される基板支持体は、内部空
間内に配置される。チャンバ側壁は、基板支持体の周縁
部の外側に間隔をあけて配置され、ガス供給部は、プロ
セス・ガスを内部空間に供給する。エネルギ源は、基板
の処理中に、内部空間内のプロセス・ガスを励起してプ
ラズマ状態にする。セラミック・ライナは、チャンバ側
壁と基板支持体の周縁部との間で、弾性支持部材によっ
て支持される。
は、エラストマ接合または弾力的に湾曲可能な金属フレ
ームを備え、セラミック部材は、一片セラミック・ライ
ナ、またはセラミック・タイルのアセンブリを備える。
例えば、セラミック部材は、セラミック・タイルと金属
裏当て部材のアセンブリを備えることができ、弾性支持
体は、各セラミック・タイルを金属裏当て部材の夫々の
1つに取り付けるエラストマ接合を備えることができ
る。金属裏当て部材は、熱的に制御された部材によって
支持された弾力的に湾曲可能な金属フレーム上に支持す
ることができ、それによりエラストマ接続、金属裏当て
部材、および湾曲可能金属フレームを介して熱的に制御
された部材に延在する熱経路を介して、セラミック・タ
イルから熱を引き出すことができる。別法として、セラ
ミック部材は、セラミック・タイルのアセンブリを備え
ることができ、弾性支持体は、各セラミック・タイルと
チャンバ側壁の間にエラストマ接合を備えることができ
る。
ック部材を加熱することができるように湾曲可能な金属
フレームによって支持される。弾性支持部材は、内側フ
レーム部材および外側フレーム部材を含む弾力的に湾曲
可能な金属フレームを備えることができる。弾性支持部
材はさらに、セラミック部材と内側フレーム部材の間に
エラストマ接合を備えることができ、内側フレーム部材
は、外側フレーム部材によって支持され、外側フレーム
部材はチャンバによって支持され、タイルは、一連の噛
み合わされたセラミック・タイルである。好ましくは、
セラミック部材が、一片のSiCライナまたは複数のS
iCタイルを備える。
中にセラミック部材とフレーム部材に対する示差熱応力
に適合可能なように構成された内側および外側金属フレ
ーム部材を備えることができる。そのような構成では、
外側フレーム部材の上側部分をチャンバの熱的に制御さ
れた部分によって支持することができ、外側フレーム部
材の下側部分を、内側フレーム部材の下側部分に取り付
けることができ、セラミック部材を内側フレーム部材に
よって支持することができる。さらに、湾曲可能な金属
フレームが、連続的な上側部分と、区分化された下側部
分を含むことができる。例えば、湾曲可能な金属フレー
ムは円筒形であってよく、区分化された下側部分は、軸
方向に延在するスロットによって互いに分離された軸方
向延在セグメントを備えていてよい。内側および外側金
属フレーム部材が円筒形であり、連続的な上側部分と区
分化された下側部分を含む場合、区分化された下側部分
は、軸方向に延在するスロットによって互いに分離され
た軸方向延在セグメントを備える。
さらに、セラミック部材の下側部分から内側に延在する
セラミック・プラズマ・スクリーンを含み、セラミック
・プラズマ・スクリーンは、プロセス・ガスおよび反応
副生成物が基板の処理中にチャンバの内部から除去され
る経路を含む。例えば、セラミック・プラズマ・スクリ
ーンは、チャンバ側壁と基板支持体の間の環状空間内に
支持された複数のセグメントを備えることができ、経路
は、チャンバ側壁から半径方向内側に延在するスロット
を備える。セラミック・プラズマ・スクリーンは、導電
エラストマ接合によって弾性支持部材に取り付けること
ができ、弾性支持部材は、湾曲可能な金属フレームを備
え、プラズマ・スクリーンは、エラストマ接合によって
湾曲可能な金属フレームに電気的に接地されている。
述されている。
的不一致による応力により良く適合することを可能にし
て電極の寿命を延ばし、電極をより高い温度に対して露
出させることを可能にして反応装置を高出力で動作させ
ることを可能にし、電極の製造および組立てのコストを
低減し、反応装置の動作中に電極の中心から外周縁への
より高い平坦性を付与して半導体基板の均一なプラズマ
処理を可能にすることによって、図1に示される従来技
術の電極アセンブリの欠点を克服する。プラズマ処理
は、酸化物層などの材料のエッチング、フォトレジスト
など材料のストリッピング、SiO2などの層の付着な
どを含む。しかし、本発明の主要な利点は、電極構成要
素の熱膨張率の不一致および/または熱勾配による電極
アセンブリにおける応力を低減し、プラズマ反応装置の
高出力動作を可能にすることである。
リは、電極と、支持部材と、電極を支持部材に弾性的に
結合するためのエラストマ接合とを含む。したがって、
本発明は、図1に示される構成に関して上述した様々な
欠点をもたらす可能性がある支持リングに対する電極の
はんだ結合の必要性を回避する。
ならない消耗部品であるため、電極は、反応装置の永久
部品に機械的にクランプすることができるリングの形を
した支持部材に結合されることが好ましい。例えば、電
極アセンブリのリングを、プロセス・ガス(例えば、ウ
ェハ上の二酸化珪素または他の材料の層をエッチングす
るための適切なプラズマ・エッチング・ガス)を供給す
るためのガス経路を有する温度制御部材に着脱可能に取
り付けることができ、ガス経路は、バッフル板を含むキ
ャビティ内へ、かつ電極の出口を介して外側へ進む。し
かし、望むならば、電極アセンブリは、電極がシャワー
ヘッド電極でなく、かつ/または支持部材がリングの形
でない他の構成を有することができる。例えば、電極
は、電極の穴と連絡するガス分配穴を有する裏当て板に
結合されたシャワーヘッド電極であってよい。他の可能
性は、電極が、板、円筒体、ベース部材上の突起などの
形をした支持部材に結合されることである。
部材はリングの形をしており、一端に半径方向外側に延
在するフランジを有し、単一ウェハ・プラズマ・エッチ
ングに使用されるタイプのものなどプラズマ反応チャン
バの内部に位置された温度制御部材に電極アセンブリを
着脱可能に取り付ける。組み立てられた状態では、温度
制御部材の上側表面にある冷却チャネルが、電極アセン
ブリを冷却する水を供給することができる。
晶シリコン)などの導電性材料からなり、グラファイト
または炭化珪素電極ディスクは、その中心から外縁部へ
均一な厚さを有する。しかし、本発明による電極アセン
ブリと共に、不均一な厚さ、異なる材料を有し、かつ/
またはプロセス・ガス分配穴を有しない電極を使用する
こともできる。好ましい実施形態では、電極は、複数の
空間を置いたガス排出路を備えるシャワーヘッド電極で
あり、排出路は、電極によって励起され、電極の下方の
反応チャンバ内にプラズマを形成するプロセス・ガスを
供給するのに適したサイズおよび分配になっている。し
かし、本発明による電極アセンブリの一部として、プラ
ズマ反応装置または真空環境で有用な任意のタイプの電
極を使用することができ、そのような電極としてはスパ
ッタ電極が挙げられる。
つ例えば200℃を超える高温での熱による劣化に対す
る抵抗性があるポリマー材料など任意の適切なエラスト
マ材料を備えることができる。エラストマ材料は、任意
選択で、電気および/または熱伝導粒子のフィラー、ま
たはワイヤ・メッシュ、織布または不織布導電性繊維な
ど他の形状のフィラーを含むことができる。160℃を
超えるプラズマ環境で使用することができるポリマー材
料としては、ポリイミド、ポリケトン、ポリエチルケト
ン、ポリエチルスルホン、ポリエチレンテレフタル酸
塩、フルオロエチレンプロピレン共重合体、セルロー
ス、トリアセテート、シリコーン、およびゴムが挙げら
れる。高純度エラストマ材料の例としては、General El
ectric社からRTV133およびRTV167として市販されている
1成分の室温で硬化する接着剤、General Electric社か
らTSE3221として市販されている1成分の流動可能
であり(例えば100℃を超えて)熱硬化可能な接着
剤、Dow Corning社から「SILASTIC」として市販されてい
る2部分付加硬化エラストマが挙げられる。特に好まし
いエラストマは、Rhodia社からV217として市販されてい
る触媒硬化、例えばPt硬化エラストマなどのポリジメ
チルシロキサン含有エラストマで、250℃以上の温度
で安定なエラストマである。
合、導電性フィラー材料は、導電性金属または金属合金
の粒子を備えることができる。プラズマ反応チャンバの
不純物感受性環境内で使用するのに好ましい金属は、5
〜20重量%シリコン含有アルミニウムベース合金など
のアルミニウム合金である。例えば、アルミニウム合金
は、約15重量%のシリコンを含むことができる。
内に留めるためには、取り付けるべき部材の少なくとも
1つに1つまたは複数の凹部を提供することが有用であ
ることが判明している。すなわち、あまりに薄い接合
は、熱サイクル中に断裂する可能性があり、あまりに厚
い接合は、接合された部分間の電力伝送および/または
熱結合に影響を与える可能性がある。シリコン電極をグ
ラファイト支持リングに取り付ける場合、グラファイト
・リングに凹部を設けて、電極と支持リングの間に、適
切な電気的結合を付与するのに十分薄く、それでも電極
と支持リングの間の熱的不一致に適合させるのに十分に
厚いエラストマの層を維持することができる。例とし
て、約45〜55体積%のフィラー含有量であり、平均
フィラー粒子サイズが0.7〜2μmである熱伝導エラ
ストマの場合、凹部は、約2ミル(約50μm)の深さ
を有することができる。凹部を取り囲む接点領域では、
個々の粒子が対向する接触面を橋渡しするため、エラス
トマは十分薄く、バルク・エラストマによって示される
よりも高い導電性を付与する。さらに、適切にサイズを
取られた粒子と溝深さの組み合わせが、接合を介する高
周波電流の経路を与える。接合を介するより良い直流パ
スを付与するためにフィラー含有量が65〜70体積%
を超えて増大された場合、そのような高いフィラー含有
量が、接合の弾力性に悪影響を及ぼす可能性がある。し
かし、電極と支持部材の間の容量結合により、エラスト
マ接合の薄い領域を介して電極に十分な高周波出力を供
給することができるため、電気および/または熱伝導エ
ラストマを使用する必要がない。そのような薄い接合は
また、電極と支持部材の間の適切な熱伝導性を付与す
る。
非平面であってよい。例えば、一方の結合表面が平面で
あってよく、他方が上述した結合材料を受け取るための
凹部を含んでいてよい。別法として、結合表面は、噛合
いおよび/またはセルフアライニング構成を付与するよ
うな輪郭にすることができる。エラストマ結合材料の接
着性を高めるために、結合表面は、好ましくは適切なプ
ライマで被覆される。結合材料が上述したV217材料であ
る場合、プライマは、Phodia's社 VI-SIL V-06Cなどの
脂肪族溶媒中のシロキサンであってよい。
吹き付けなど任意の適切な技法によって薄いコーティン
グとして塗布することができ、後に塗布される結合材料
のために結合表面上に結合部位を形成する。プライマが
溶媒を含有する場合、ワイピングによるプライマの塗布
は、結合表面を洗浄することによって結合を高めること
ができる。シロキサン含有プライマは、空気と反応し
て、室温で空気中で硬化されるときにSi結合部位を作
成する。そのようなプライマは、余分なプライマ位置が
粉末状に現われることで、結合部位の量の視覚的な表示
が与えられる。プライマは、結合表面をコンディショニ
ングするための簡単かつ効果的な技術を提供するが、酸
素プラズマ中での表面の処理など他のコンディショニン
グ技法を使用することもできる。
エラストマ結合材料を、結合表面に塗布する前に高密度
化することが望ましい。例えば、エラストマ結合材料
に、周囲温度または高温で、真空環境内で振動を与える
ことができる。1Torr未満、好ましくは500mTorr未
満の真空圧を使用して、結合材料をガス抜きすることが
できる。真空は、真空によって生成される泡の消散を高
めるように高密度化処理中に1回または複数回排気する
ことによって脈動させることができる。一例として、約
200mTorrの真空を、30分間にわたって4回または
5回脈動させることができる。エラストマ結合材料中の
フィラーの存在もまた、真空中に形成される泡の消散を
助ける。撹拌/パルス真空を用いないと、エラストマ結
合材料は、真空下でその開始体積の約10倍まで膨張
し、それにより、材料中に新たなエア・ポケットをもた
らす可能性がある貯蔵および洗浄の問題を引き起こす。
そのようなガス部位は、結合材料の硬化中に泡を形成す
る可能性があり、そのため最終的に形成される接合を劣
化させる。
た後に、取り囲む表面を保護し、余分な結合材料を除去
する有用な方法を提供する。プラズマ反応装置の構成要
素として使用される高純度材料として、シリコン/グラ
ファイト適合接着剤を有するMYLARやKAPTONなどのポリ
エステルおよび/またはポリイミド材料を使用すること
ができる。シリコン・シャワーヘッド電極の場合、MYLA
Rテープを用いて電極上のガス導出口をカバーすること
が望ましく、電極の外縁部は、KAPTONテープのストリッ
プを用いてカバーすることができる。グラファイト支持
リングの場合、内縁部および外縁部を、KAPTONテープの
ストリップを用いてカバーすることができる。接合が形
成された後に余分な結合材料を除去することを助けるた
めに、マスキング材料にプライマを塗布して、そこへの
エラストマ結合材料の固着を促進することが有用であ
る。このようにすると、マスキング材料が結合部分から
除去されるとき、マスキング材料に接着された余分な結
合材料も除去される。
たは両方に塗布することができる。シリコン電極とグラ
ファイト支持リングの場合、グラファイト支持リングの
方がより多くの孔が開いているため、グラファイト支持
リングに結合材料を塗布することが望ましい。例えば、
結合材料のビードを、支持リングの周りに完全に延在す
る凹部内に塗布することができる。結合材料の量は、最
終的に形成される接合の体積を超えることが好ましい。
一例として、結合材料を、接合を形成するために必要な
量の約5倍の量だけ塗布することができる。
布された後、結合材料に高密度化ステップを施すことが
できる。例えば、グラファイト・リングを結合材料が塗
布された状態で前述した真空環境内に配置して、結合材
料を塗布するステップ中に導入されるガス泡を除去する
ことができる。
布された後、結合表面が互いに押圧されるように部品を
組み立てることができる。上述した電極および支持リン
グの場合、電極を取付具内に保持することができ、取付
具のプラスチック・ピンを使用して支持リングを案内
し、電極と正確に接触するようにすることができる。最
初に、手による圧力などわずかな圧力を使用して、形成
すべき結合全体にわたってエラストマを広げることがで
きる。エラストマが広がった後、30ポンド(約14k
g)のおもりなど静止負荷を、結合の硬化中に電極に加
えることができる。
または高温で結合を硬化することができる。例えば、ア
センブリを、対流オーブン内に配置し、低温まで加熱し
て、接合すべき部分内に熱による歪みを誘発することな
く結合の硬化を加速することができる。上述した電極お
よび支持リングの場合、適切な時間、例えば3〜5時
間、60℃未満、例えば45〜50℃の温度を維持する
ことが望ましい。
後、アセンブリが冷却され、マスキング材料が除去され
る。さらに、任意の追加の洗浄、および/または真空オ
ーブン内のガス抜きなどのさらなる製造ステップを、ア
センブリ動作の要件に応じて実施することができる。
ャワーヘッド電極構成40を示す。電極構成40は、電
極42と、導電性支持リング44とを含む。この電極ア
センブリは、図1に示される電極10および支持リング
12によって構成される電極アセンブリの代用とするこ
とができる。電極40は、図3に示されるように、凹部
48内に配置することができるエラストマ接合46によ
って電極42が支持リング44に結合されているという
点で、図1に示されるIn結合アセンブリとは異なる。
8は、支持リング44の内壁(図示せず)と外壁50の
間で支持リング44のまわりに連続的に延在する。各壁
50は、できるだけ薄く、例えば幅約30ミルにするこ
とができ、それによりエラストマが、各壁50と接触し
た領域内に薄層(例えば、エラストマが0.7〜2μm
サイズのフィラーを含む場合には厚さ約2μm)を形成
し、凹部48内により厚い層(例えば約0.0025イ
ンチ(0.063mm))を形成することができる。壁
によって形成される凹部は、極端に浅く、例えば深さ約
2ミルにすることができ、電極を支持リングに接着結合
し、それでも電極アセンブリの温度サイクル中に支持リ
ングに関して電極が動くことを可能にするのに充分な強
度を有する非常に薄いエラストマ接合を提供する。さら
に、凹部の壁は、反応装置内のプラズマ環境による腐食
からエラストマ接合を保護することができる。
所望の使用の要件を満たすように適合させることができ
る。一例として、電極を使用して8インチ(約20c
m)ウェハを処理する場合、電極は、9インチ(約23
cm)よりもわずかに小さい直径を有することができ、
支持リングは、電極と支持リングの間の境界面で0.5
インチ(約1.3cm)よりもわずかに小さい幅を有す
ることができる。例えば、境界面にある支持リングが、
内径8インチ(約20cm)を有し、境界面での外径
8.8インチ(約22cm)を有することができる。そ
のような場合、電極と支持リングの間の境界面は、幅約
0.4インチ(約1.0cm)を有することができ、凹
部は、壁が幅0.030インチ(約0.76mm)であ
る場合に幅0.34インチ(約0.86cm)を有する
ことができる。
反応装置環境内で受ける高温およびプラズマ状態下で接
合が充分な強度を有するならば、他のエラストマ接合を
利用して、支持リングまたは他の構成の形の支持部材に
電極を取り付けることができる。エラストマ結合は、好
ましくは、真空適合性があり、十分な靱性、引張強さ、
弾力性、熱による劣化に対する抵抗性、熱伝導性、およ
び/または導電性を有する。電極がシャワーヘッド電極
である場合、エラストマ接合は、電極の重量、およびシ
ャワーヘッド電極に供給されるプロセス・ガスのガス圧
に耐えられなければならない。
付けるためにエラストマ材料を使用することは、インジ
ウム結合電極と比べると、電極の破損の可能性を低減さ
せること、熱疲労による支持リングからの電極の解離の
可能性を低減させること、歪曲を減少させ、それにより
電極アセンブリの温度サイクル中に支持リングと温度制
御部材の熱的接触を改善すること、電極と支持リングの
間での良好な容量結合/電気コンタクトを維持すること
によって電極に対する電力供給を改善すること、粒子ま
たは不純物からのチャンバ汚染を減少すること、および
/またはより高い温度に耐えることができる電極アセン
ブリの能力によって電力能力を高めることに関して利点
がある。
ェハ処理におけるプラズマ・エッチングや付着などのウ
ェハ処理に有用である。例えば、この装置を使用して、
BPSG、熱的二酸化珪素または熱分解酸化物などの酸化
物、フォトレジスト材料をエッチングする、または付着
することができる。この装置は、サブミクロンのコンタ
クト・プロファイル、CD、および低い粒子汚染の望まし
いレベルを維持することができる。BPSGのエッチングに
関しては、約8000Å/分のエッチ・レートを達成す
ることができ、エッチ不均一性を、30000RF分よ
りも大きい電極寿命に関して約4%で維持することがで
き、In結合電極アセンブリでは、2400RF分ほど
の速さで交換を必要とする場合がある。約8000Å/
分のフォトレジスト・エッチ・レートを維持することが
でき、一方二酸化珪素のエッチングは約6000Å/分
である。CDライン測定に関しては、二酸化珪素にバイア
を提供するために200秒間エッチングされたウェハの
SEMによる測定が、0.02μm未満の中心および縁部C
Dを提供することができる。
ク・ライナが設けられ、以下の目的の1つまたは複数を
達成することができる:ライナを介して接地への電気パ
スを提供することによって良好なプラズマ形成を維持す
ること、ライナの熱制御を提供することによってプロセ
ス・ドリフトを避けること、弾性ライナ支持体を提供す
ることによってセラミックと金属構成要素との間の示差
熱膨張を克服すること、処理される基板からAlチャン
バ壁および構成要素を遮蔽することによってAl汚染を
防止すること。ライナの電気的接地に関して、セラミッ
ク・ライナは導電性材料からなる。好ましいセラミック
材料はSiまたはSiC、高純度で得ることができ、か
つプラズマ・エッチング・チャンバなどのプラズマ反応
装置内の腐食条件に対して高い耐性を示すことが判明し
ている材料である。
々な構成要素がSiまたはSiCからなるプラズマ・チ
ャンバを提供する。そのような材料は、SiまたはSi
Cのプラズマ侵食が、基板の粒子汚染を伴わずにチャン
バから排気することができるガス状SiまたはC化合物
を生成するため、プラズマ環境に適合している。熱制御
に関して、SiCは非常に高い熱伝導性を示すことが判
明しており、シリコン・ウェハなどの基板の処理中に所
望の温度範囲までライナを加熱または冷却することが可
能である。示差膨張を克服することに関して、本発明に
よる弾性支持体は、セラミック・ライナがチャンバ内部
で自由に膨張または収縮することを可能にするように設
計されている。Al汚染を防止することに関して、セラ
ミック・ライナは、ライナの内側にプラズマを閉じ込
め、それによりプラズマによるAl壁または構成要素の
腐食を回避する。
ング、付着、レジスト・ストリッピングなど様々な半導
体プラズマ処理ステップに使用することができる。誘導
結合プラズマ源を有する真空処理チャンバ2の一例が図
4に示され、処理ガスは、ガス分配リング、ガス分配プ
レート、注入ノズルなど適切な装置によって処理チャン
バ2に供給され、真空は、適切な真空ポンプ装置によっ
てチャンバの内部4中で維持されている。チャンバ内で
処理すべき基板は、基板支持体8上に支持されたシリコ
ン半導体ウェハ6を含むことができる。基板支持体8
は、静電チャックおよびフォーカスリング10を含むこ
とができる。真空ポンプは、プロセス・チャンバの底部
など端壁にある大きな出口12に接続することができ
る。真空処理チャンバは誘電体窓14およびガス分配プ
レート16を含むことができ、高周波出力を、チャンバ
の頂部など端壁にある誘電体窓14の外側にあるプレー
ナ・コイル18など外部高周波アンテナを介してチャン
バに供給することができる。ただし、プラズマ発生源
は、ECR反応装置、平行板反応装置、ヘリコン反応装
置、らせん状反応装置など任意の他のタイプのプラズマ
発生機器であってよい。プラズマ発生源は、チャンバの
端壁に着脱可能に取り付けられる環状取付フランジなど
モジュール式取付構成に取り付けることができる。
シールを維持するために、適切なOリング・シールを、
チャンバ2の端壁にある溝内部に嵌合することができ、
高周波遮蔽部材が真空シールを取り囲むことができる。
真空ポンプによって大きな真空負圧が付与される場合、
取付フランジをチャンバ2に取り付けるためのファスナ
を利用する必要がない。その代わりに、単に取付フラン
ジをチャンバ2の端壁に位置することができる。望みで
あれば、プラズマ発生源アセンブリの取付フランジまた
は別の部分をチャンバ2に蝶着することができ、それに
よりプラズマ発生源を、チャンバ2の内部4に働くよう
に垂直方向などの方向に枢動することができる。
0などのセラミック・ライナを含む。ウェハを取り囲む
空間内にプラズマを閉じ込めるためのプラズマ・スクリ
ーン22は、ライナ20の下端から内側に延在する。ラ
イナ20は、内側支持フレーム24および外側支持フレ
ーム26を含む弾性により湾曲可能なフレームによって
支持することができる。基板の処理中に所望の温度でラ
イナを維持するために、ヒータ28が内側フレーム支持
体24の頂部に設けられる。動作中、ヒータ28は、ラ
イナ20を加熱するのに効果的であり、ライナ20から
の熱の除去は、内側および外側フレームを介してライナ
から熱を引き出す温度制御部材30によって達成するこ
とができる。
に様々なプラズマ発生源を取り付けることを可能にする
モジュラ設計を有することができる。さらに、基板支持
体8を、片持ち形式で取り付けられた支持アームの一端
に支持することができ、それによりチャンバの側壁にあ
る開口32を介してアセンブリを通すことによって、基
板支持体/支持アーム・アセンブリ全体をチャンバから
除去することができる。
よび7に示されるように、プラズマ・チャンバ・ライナ
20が、平坦タイル34などの噛合いセラミック・ライ
ナ要素を備える。プラズマに関する電気的接地パスを付
与するために、ライナ要素は、シリコンや炭化珪素など
の導電性材料であることが好ましい。そのような材料
は、アルミニウムを含まず、それにより処理される基板
のAl汚染を低減するという点で付加的な利点を付与す
る。1つの好ましい実施形態によれば、SiCタイル
が、アルミニウム裏当て板36に結合されている。1つ
の好ましい結合材料は、SiCとAlの異なる熱膨張率
によって生じる横方向応力を吸収することができる導電
性エラストマ38である。各タイルと裏当て板とのアセ
ンブリは、内側フレーム42および外側フレーム44を
含む弾性により湾曲可能なフレーム40によってAlチ
ャンバ壁に取り付けることができる。ライナの温度制御
は、電気リード49および温度制御部材50によって電
力を供給されるヒータ48によって達成される。
つ例えば200℃を超える高温での熱による劣化に対し
て耐性のあるポリマー材料など任意の適切なエラストマ
材料を備えることができる。エラストマ材料は、任意選
択で、電気および/または熱伝導粒子のフィラー、また
はワイヤ・メッシュ、織布または不織布導電性繊維など
他の形状のフィラーを含むことができる。160℃を超
えるプラズマ環境で使用することができるポリマー材料
としては、ポリイミド、ポリケトン、ポリエチルケト
ン、ポリエチルスルホン、ポリエチレンテレフタル酸
塩、フルオロエチレンプロピレン共重合体、セルロー
ス、トリアセテート、シリコーン、およびゴムが挙げら
れる。高純度エラストマ材料の例としては、General El
ectric社からRTV133およびRTV167として市販されている
1成分の室温で硬化する接着剤、General Electric社か
らTSE3221として市販されている1成分の流動可能であ
り(例えば100℃を超えて)熱硬化可能な接着剤、Do
w Corning社から「SILASTIC」として市販されている2部
分付加硬化エラストマが挙げられる。特に好ましいエラ
ストマは、Rhodia社からV217として市販されている触媒
硬化、例えばPt硬化エラストマなどのポリジメチルシ
ロキサン含有エラストマ、250℃以上の温度で安定な
エラストマである。
合、導電性フィラー材料は、導電性金属または金属合金
の粒子を備えることができる。プラズマ反応チャンバの
不純物感受性環境内で使用するのに好ましい金属は、5
〜20重量%シリコン含有アルミニウムベース合金など
のアルミニウム合金である。例えば、アルミニウム合金
は、約15重量%のシリコンを含むことができる。
の下縁部から内側に延在する。プラズマ・スクリーン5
2は、好ましくは、シリコンまたは炭化珪素などの導電
性セラミック材料からなり、プラズマを閉じ込めるのに
十分小さいが、プロセス・ガスおよび処理副生成物を真
空ポンプによって除去することを可能にする開口54を
含む。
込まれた電気抵抗加熱要素を備えることができる。した
がって、加熱要素を介して電流を通電させることによっ
て、アルミニウム鋳物に熱が供給され、アルミニウム鋳
物は、内側フレーム42、アルミニウム裏当て板36、
熱伝導エラストマ38、およびタイル34に熱を伝導す
る。ヒータのアルミニウム本体の加熱および冷却中、ヒ
ータは、タイル34によって形成されたセラミック・ラ
イナよりも大きな度合で膨張する。エラストマ結合は、
そのような膨張および収縮に適応している。さらに、内
側および外側フレームを、所望の範囲内に動作温度の中
心を持っていくために所望の量の熱コンダクタンスを提
供するように構成することができる。
55を介してチャンバに導入する、かつチャンバから除
去することができるチャンバ壁の一部を示す。図8に示
される構成では、いくつかのタイル34が、スロット5
5の近傍で軸方向により短くなっている。スロット55
は、セラミック材料の一体化片から形成することができ
る。図8は、内部支持フレームをスロット55のまわり
にどのように嵌合することができるかを詳細に示す。外
側支持フレーム(図示せず)も、同様の形で構成するこ
とができる。
を防止するために、図9に示されるように、各タイル3
4が、隣接するタイルの結合縁部と噛み合う縁部56を
有することができる。
し、セラミック・ライナが、電気および熱伝導エラスト
マによって裏当て板36に結合された連続的な自立式円
筒形ライナ70を備える。図10はまた、内側および外
側フレーム42、44の詳細を示す。図示されるよう
に、外側フレーム44は、一連の軸方向に延在するスロ
ット45aによって分離されたセグメント45を含む。
同様に、内側フレーム42は、一連の軸方向に延在する
スロット43aによって分離されたセグメント43を含
む。セグメント43、45は、円周方向で、個々の裏当
て板36と同じ幅を有する。図10に示される区分化さ
れた弾性フレームは、上述の本発明の実施形態の内側お
よび外側フレーム構成に使用することができる。
1に示されるように、Alフランジ72が、熱および電
気伝導エラストマを用いて連続円筒形セラミック・ライ
ナ70の外部に結合される。薄いライナの場合、フラン
ジは、ライナの外側を実質的にカバーする長さであるこ
とが好ましい。しかし、厚いライナの場合、フランジを
より短くすることができ、例えば厚いライナに関するフ
ランジは、図8のウェハ輸送スロット71の下方に配置
されたフランジ73と同様に長さを比較的短くすること
ができる。フランジは、アルミニウムなどの金属からな
ることが好ましく、弾性により湾曲可能な支持フレーム
に取り付けるためにその底部で外側に曲げられている。
支持フレームは、支持フレームおよびフランジを介して
ライナにヒータからの熱を伝達することによってライナ
の温度制御を行うことが好ましい。
ームと熱的に接触する温度制御部材をヒートシンクとし
て使用して、フランジ、支持フレームを介して伝導し、
温度制御部材に入る熱流路を介してライナから熱を引き
出すことができる。フランジは、共に接続されていない
個別片であってよく、または区分化されたリングの一部
であってよい。したがって、フランジを、弾性支持体と
セラミック・シリンダの間の示差熱膨張に適応するよう
に設計することができる。シリンダに蓄積された吸収イ
オンエネルギによって生成される熱は、フランジと、フ
ランジをSiCシリンダに接続する支持体とを介してチ
ャンバに通すことができる。支持体が、区分化された内
側および外側金属フレームを含む場合、区分化された外
側支持体は、そのチャンバに取り付けられた部分に関し
て半径方向に動くことができる。ただし、本発明による
弾性支持体構成では、そのような半径方向運動が、フラ
ンジとセラミック・ライナの間のエラストマ結合に過大
応力を加えない十分に低い半径方向力を生成する。
マを、ガス分配プレートのSiまたはSiC表面、ライ
ナ、プラズマ・スクリーン、およびプラズマ・スクリー
ンの内周縁を介して上に延在する基板支持体によって閉
じ込めることができる。SiおよびSiC表面がプラズ
マとチャンバのAl表面との間に配置されているため、
プラズマによるAl表面のスパッタリングが最小限に抑
えられ、処理されるウェハのAlによる汚染が、処理さ
れるウェハへの露出があるAl表面を有するチャンバと
比べて減少する。
ストマ結合材料によってアルミニウム裏当て板に結合さ
れたSiまたはSiCタイルを備える本実施形態では、
タイルを、プラズマ・チャンバの内壁の周囲をカバーす
る形で互いに嵌合するようにサイズとし、および/また
は構成することができる。適切な接近開口が、チャンバ
の中へ、かつその外へ個々のウェハが通ることを可能に
し、プロセス監視機器など従来の付属物によって行われ
る様々な測定を可能にするように追加の開口を設けるこ
とができる。このタイルの実施形態では、チャンバの内
壁が円筒形または多角形であってよい。円筒形内壁の場
合、フレームを裏当て板と内壁の間に挿入することがで
きる、または裏当て板が、エラストマ結合材料を用いて
内壁に結合される結合湾曲面を有することができる。タ
イルは、チャンバの内部に面する平坦な長方形面を有す
ることができる。別法として、タイルの露出面を、タイ
ルがチャンバの円筒形内壁を形成するように湾曲させる
ことができる。
ンバの内壁の周りに延在するAl内側支持フレームにボ
ルト締結される本実施形態では、プラズマ・チャンバの
始動、動作、および停止中に生成される熱応力に適応す
ることができる。逆に、SiCの連続的なリングが支持
フレームに結合されている場合、部品と結合の応力は、
熱膨張率が異なるために過大になる。それに応じて、S
iCタイルの数を、プラズマ・チャンバ内で生じる熱の
力によって生成される部品および/または結合の応力に
対する所望の制限を達成するように選択することができ
る。
外側支持フレームの下縁部にボルト締結され、外側支持
フレームの上縁部にあるフランジが、チャンバの頂部に
配置された頂部プレートにボルト締結される本実施形態
では、外側支持体は、外側支持フレームの下端から頂部
フランジへ延在するスロットによって分離された垂直方
向に延在するプレートに区分化される。SiCタイル化
表面の温度制御を可能にするために、内側支持フレーム
の頂部フランジの上方に位置されたヒータを内側フレー
ムにボルト締結することができる。そのような構成で
は、ヒータは、内側支持フレームから裏当て板およびS
iCタイルへ熱伝導される熱を生成することができる。
ヒータは、チャンバの内壁の周り全体に延在する単一抵
抗ヒータを備えることができる。別法として、ヒータ
は、ライナの所望の温度制御、例えば酸化珪素などの誘
電体材料のプラズマ・エッチング中に80〜150℃の
範囲内など所望の温度でライナの内面を維持することを
達成する任意の適切なヒータ構成を備えることができ
る。
マ・スクリーンを含むことができる。環状スクリーン
は、任意の適切な方法によってキャリア・リングに取り
付けることができる。例えば、スクリーンを、前述した
エラストマ結合材料によってキャリア・リングに接着結
合することができる。さらに、キャリア・リングを、内
側フレームにある下側フランジにボルト締結することが
でき、それによりキャリア・リングとフランジの間にス
クリーンがクランプされる。スクリーンは、半導体製造
に関するプラズマ環境に耐えることができる任意の適切
な材料からなっている。炭化珪素がスクリーン用の好ま
しい材料である。スクリーンは、単一のユニット式リン
グまたは複数の離隔されたリング・セグメントを備える
ことができる。例えば、円周状に離隔されたセグメント
を含むことができる。
チャンバの外にウェハが移送される本実施形態では、内
側および外側フレームがカットアウトを含み、スロット
を取り囲むタイルは、より小さいタイルがスロットの下
方に、より大きいタイルがスロットの上方にあるように
配置構成される。スロットの内部は、ウェハ経路挿入体
によって形成することができる。挿入体の好ましい材料
は、炭化珪素である。挿入体は、材料の単一部片または
材料の複数部片のアセンブリを備えることができる。中
間高さタイルおよびより短いタイルは、エラストマを用
いて、同様にサイズを取られた裏当て板に接着結合され
ることが好ましく、裏当て板は内側フレームにボルト留
めされている。
Cタイルを用いて表面をカバーすることによって避けら
れている本発明の実施形態によれば、タイルの縁部が、
互いに重なり合うように設計されることが好ましい。例
えば、タイルが結合縁部を有することができ、1つのタ
イル上の突起が隣接するタイルの凹部に受け入れられ
る。この効果は、タイルの対向する表面間に直線パスが
付与されていない任意の縁部設計によって得ることがで
きる。したがって、V字形、U字形、W字形、溝形、ノ
ッチ形、オフセット形などのタイプの縁部など、結合湾
曲または複数面縁部表面が、所望の結合タイル縁部を設
けることができる。
素に対する露出をなくし、プラズマ反応装置の始動、動
作、および/または停止中のライナ構成要素の示差熱膨
張/収縮に適応する。例えば、ヒータからの熱および/
またはタイル上に堆積されたプラズマ・イオン熱エネル
ギが、エラストマ結合を介して、外側支持体の上、およ
びチャンバ頂部プレート内に内側支持体によって熱伝導
される。冷却チャネルを介して頂部プレートを水冷する
ことにより、外側支持体を介して伝達される熱がチャン
バから除去される。
内で生成される前にタイルをヒータによって予熱するこ
とができる。例えば、タイルをヒータによって所望の温
度まで加熱することができ、熱制御システムを使用し
て、所望の温度でタイルを維持するようにヒータ出力を
調節することができる。プラズマがチャンバ内で生成さ
れた後、制御システムは、所望の温度を維持するために
ヒータ出力を自動的に減少することができる。さらに、
内側および/または外側支持体の熱インピーダンスを調
節して、タイル動作温度の所望の範囲を達成し、ヒータ
最大温度を制限することができる。
マ・エッチング中の内側支持ヒータフランジ、内側支持
下側フランジ、およびタイル裏当て板での測定温度を示
す。エッチ・サイクル中のプラズマ・イオン・エネルギ
の変動から2℃の温度振動が生じた。下側フランジに関
する温度設定値は100℃であった。
一片である実施形態では、SiC円筒体が、区分化され
たアルミニウム・フランジによってその下端で支持され
る。区分化されたアルミニウム・フランジは、チャンバ
によって支持された弾性により湾曲可能なフレームに取
り付けられる。他の実施形態と同様に、ヒータは、内側
支持体を介して、裏当て板の下側フランジを介して、エ
ラストマ結合を介して、SiCライナ内へ進む熱を供給
する。内側フレームの下側フランジは、外側支持フレー
ムの下側フランジに取り付けられ(例えばボルト締結さ
れ)、それによりSiCライナ、裏当て板、ならびに内
側および外側支持フレームを含むライナ構成全体が、反
応装置の水冷された頂部プレートに取り付いている外側
支持フレームの上側フランジによって支持される。個々
の裏当て板およびスロットを付けられた内側および外側
支持フレームを設けることにより、SiCライナを、反
応装置の始動、動作、および/または停止中に生成され
た示差熱応力に適応するような態様で支持することが可
能になる。例えば、ヒータは、ヒータの温度がより高い
こと、およびSiCと比べてAlの熱膨張率がより大き
いことにより、SiC円筒体よりも多く半径方向外側に
膨張することができる。相対半径方向膨張は、内側支持
の薄い垂直なたわみの曲げによって適応される。同様
に、垂直温度勾配による外側支持体の底部と頂部の間の
差分半径方向成長は、外側支持体の薄い垂直たわみによ
って適応される。
よび動作の形態を記述した。しかし、本発明は、前述の
特定の実施形態に限定されるものと解釈すべきでない。
したがって、上述の実施形態は、限定ではなく例示と見
なされるべきであり、頭記の特許請求の範囲によって定
義された本発明の範囲を逸脱することなく当業者がそれ
らの実施形態に変形を行うことができることを理解され
たい。 [図面の簡単な説明]
電極アセンブリの側部断面図である。
電極アセンブリの側部断面図である。
る。
ナが基板支持体を取り囲む本発明の1つの実施形態によ
るプラズマ反応チャンバを示す図である。
図4のプラズマ反応チャンバを示す図である。
た一連のタイルを備える、本発明の1つの実施形態によ
るプラズマ反応チャンバを示す図である。
ロットの詳細を示す図である。
り合う方法を示す図である。
形セラミック・ライナを支持するための弾力的に湾曲可
能なフレームの詳細を示す図である。
れた区分化された金属フレームの詳細を示す図である。
図3に示された構成のヒータフランジ、タイル、および
下側フランジの温度を示すグラフである。
Claims (37)
- 【請求項1】 半導体基板処理に用いられるプラズマ反
応チャンバ内のエラストマ接合アセンブリであって、 結合面を有する第1の部分と、 凹部を含む結合面を有し、該結合面が、該結合面及び前
記第1の部分の結合面における対向する端部が前記プラ
ズマ反応チャンバ内のプラズマ環境に接触しかつそれに
露出するように、前記第1の部分の結合面に係合する第
2の部分と、 前記第1の部分の結合面と前記第2の部分の結合面との
間に配置されているエラストマ接合とを備え、当該エラ
ストマ接合が、その温度サイクル中に前記第1の部分と
前記第2の部分の間の移動を可能にするように当該第1
の部分を第2の部分に弾性的に取り付けることを特徴と
するエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項2】 請求項1のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記エラストマ接合が、真空環境に適合し、か
つ200℃までの200℃を含めた温度で熱勾配に対す
る抵抗性があるポリマー材料を備え、当該ポリマー材料
が、ポリイミド、ポリケトン、ポリエチルケトン、ポリ
エチルスルホン、ポリエチレンテレフタル酸塩、フルオ
ロエチレンプロピレン共重合体、セルロース、トリアセ
テート、またはシリコンを含むことを特徴とするエラス
トマ接合アセンブリ。 - 【請求項3】 請求項1のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記エラストマ接合が電気および/または熱伝
導粒子のフィラーを含むことを特徴とするエラストマ接
合アセンブリ。 - 【請求項4】 請求項1のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記エラストマ接合が、ワイヤ・メッシュ、織
布または不織布繊維のフィラーを含むことを特徴とする
エラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項5】 請求項1のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記エラストマ接合が金属粒子のフィラーを含
むことを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項6】 請求項5のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記金属粒子がアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金を含むことを特徴とするエラストマ接合アセンブ
リ。 - 【請求項7】 請求項6のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記金属フィラーがアルミニウム・シリコン合
金を含むことを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項8】 請求項7のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記アルミニウム・シリコン合金が、5〜20
重量%のシリコンを含むことを特徴とするエラストマ接
合アセンブリ。 - 【請求項9】 請求項1のエラストマ接合アセンブリで
あって、前記エラストマ接合が、前記第1の部分にある
凹部内に配置されていることを特徴とするエラストマ接
合アセンブリ。 - 【請求項10】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記エラストマ接合が、0.7〜2μmの粒
子サイズを有するフィラーを含むことを特徴とするエラ
ストマ接合アセンブリ。 - 【請求項11】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記エラストマ接合が電気および/または熱
伝導フィラーを45〜55体積%の量で含むことを特徴
とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項12】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記エラストマ接合が前記第1の部分と前記
第2の部分の結合面間に付与されていることを特徴とす
るエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項13】 請求項12のエラストマ接合アセンブ
リであって、前記結合面が、噛合いおよび/またはセル
フアライニング構成を提供するような輪郭とされている
ことを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項14】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記第1の部分が、プラズマ反応チャンバの
内部にある温度制御部材に着脱可能に取り付けられてい
ることを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項15】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記第2の部分がシャワーヘッド電極を含む
ことを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項16】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記エラストマ接合が、前記第1の部分と前
記第2の部分の間の境界面内に熱伝導エラストマ材料を
備え、当該エラストマ材料が、前記第1の部分と前記第
2の部分の間に熱伝導パスを提供するする導電性フィラ
ーを含むことを特徴とするエラストマ接合アセンブリ。 - 【請求項17】 請求項16のエラストマ接合アセンブ
リであって、凹部が前記境界面内に設けられ、前記フィ
ラーが電気および/または熱伝導粒子を含み、当該粒子
が、前記境界面内の前記凹部の深さよりも少なくとも5
倍小さい平均サイズを有することを特徴とするエラスト
マ接合アセンブリ。 - 【請求項18】 請求項1のエラストマ接合アセンブリ
であって、前記第1の部分が電極を含み、前記第2の部
分が支持部材を含むことを特徴とするエラストマ接合ア
センブリ。 - 【請求項19】 半導体基板を処理するのに有用なプラ
ズマ処理システムであって、 チャンバ側壁によって境界を画された内部空間を有する
プラズマ処理チャンバと、 前記内部空間の内部で処理される基板が置かれる基板支
持体とを備え、前記チャンバ側壁は、前記基板支持体の
周縁の外側に離間されており、さらに、 前記基板の処理中にプロセス・ガスを前記内部空間に供
給可能なガス供給部と、 前記基板の処理中に前記内部空間内のプロセス・ガスを
励起してプラズマ状態にできるエネルギ源と、 前記チャンバ側壁と前記基板支持体の周縁の間に支持さ
れるライナとを備え、当該ライナが、エラストマ接合に
よって支持されるセラミック部材を備えることを特徴と
するプラズマ処理システム。 - 【請求項20】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材を支持する湾曲可能な金属
フレームを更に備えることを特徴とするプラズマ処理シ
ステム。 - 【請求項21】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材が、1片のセラミック・ラ
イナ、またはセラミック・タイルのアセンブリを備える
ことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項22】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材がセラミック・タイルのア
センブリおよび金属裏当て部材を備え、前記弾性支持体
がエラストマ接合を備え、当該エラストマ接合が、各セ
ラミック・タイルを前記金属裏当て部材の夫々の1つに
取り付けることを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項23】 請求項22のプラズマ処理システムで
あって、前記金属裏当て部材が湾曲可能な金属フレーム
上に支持され、当該湾曲可能な金属フレームが熱制御部
材によって支持され、それにより熱を前記セラミック・
タイルから、前記エラストマ接合、前記金属裏当て部
材、および前記湾曲可能金属フレームを介して前記熱制
御部材へ延在する熱パスを介して引き出すことができる
ことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項24】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材がセラミック・タイルのア
センブリを備え、前記弾性支持体が、各セラミック・タ
イルとチャンバ側壁の間にエラストマ接合を備えること
を特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項25】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記弾性支持体が湾曲可能金属フレームを備
え、当該湾曲可能金属フレームが熱制御部材によって支
持され、それにより熱を前記セラミック部材から、前記
湾曲可能金属フレームを介して当該熱制御部材へ延在す
る熱パスを介して除去することができることを特徴とす
るプラズマ処理システム。 - 【請求項26】 請求項25のプラズマ処理システムで
あって、さらに、前記湾曲可能な金属フレームによって
支持されるヒータを備え、それにより当該ヒータが前記
セラミック部材を加熱することができることを特徴とす
るプラズマ処理システム。 - 【請求項27】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記弾性支持部材が、内側フレーム部材および
外側フレーム部材を含む湾曲可能な金属フレームを備
え、当該弾性支持部材がさらに、前記セラミック部材と
前記内側フレーム部材の間にエラストマ接合を備え、前
記内側フレーム部材が前記外側フレーム部材によって支
持され、前記外側フレーム部材が前記チャンバによって
支持されていることを特徴とするプラズマ処理システ
ム。 - 【請求項28】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材が複数の噛合いセラミック
・タイルを含むことを特徴とするプラズマ処理システ
ム。 - 【請求項29】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック部材が、一片のSiCライナま
たは複数のSiCタイルを含むことを特徴とするプラズ
マ処理システム。 - 【請求項30】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記弾性支持部材が、プラズマ処理システムの
動作中に前記セラミック部材および前記フレーム部材に
対する示差熱応力に適応可能に構成された内側および外
側金属フレーム部材を備えることを特徴とするプラズマ
処理システム。 - 【請求項31】 請求項30のプラズマ処理システムで
あって、前記外側フレーム部材の上側部分が、前記チャ
ンバの熱制御された部分によって支持され、前記外側フ
レーム部材の下側部分が、前記内側フレーム部材の下側
部分に取り付けられ、前記セラミック部材が前記内側フ
レーム部材によって支持されていることを特徴とするプ
ラズマ処理システム。 - 【請求項32】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記弾性支持部材が湾曲可能な金属フレームを
備え、当該湾曲可能な金属フレームが、連続的な上側部
分と、区分化された下側部分とを含むことを特徴とする
プラズマ処理システム。 - 【請求項33】 請求項32のプラズマ処理システムで
あって、前記湾曲可能な金属フレームが円筒形であり、
前記区分化された下側部分が、軸方向に延在するスロッ
トによって互いに分離された軸方向延在セグメントを含
むことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項34】 請求項30のプラズマ処理システムで
あって、前記内側および外側金属フレーム部材が円筒形
であり、連続的な上側部分と、区分化された下側部分と
を含み、前記区分化された下側部分が、軸方向に延在す
るスロットによって互いに分離された軸方向延在セグメ
ントを含むことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項35】 請求項19のプラズマ処理システムで
あって、前記ライナがさらに、前記セラミック部材の下
側部分から内側に延在するセラミック・プラズマ・スク
リーンを含み、前記セラミック・プラズマ・スクリーン
が、プロセス・ガスおよび反応副生成物が基板の前記処
理中にチャンバの内部から除去される経路を含むことを
特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項36】 請求項35のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック・プラズマ・スクリーンが、前
記チャンバ側壁と前記基板支持部との間の環状空間内に
支持された複数のセグメントを含み、前記経路が、前記
チャンバ側壁から半径方向内側に延在するスロットを含
むことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 【請求項37】 請求項35のプラズマ処理システムで
あって、前記セラミック・プラズマ・スクリーンが、導
電性エラストマ接合によって前記弾性支持部材に取り付
けられ、前記弾性支持部材が湾曲可能な金属フレームを
含み、前記プラズマ・スクリーンが、前記エラストマ接
合によって湾曲可能な金属フレームに電気的に接地され
ていることを特徴とするプラズマ処理システム。
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