JP3884620B2 - プラズマ放電ガスを処理室へ導入する高電力ｒｆ電極を絶縁する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、集積回路の形成におけるプラズマ処理に関し、具体的には、絶縁板を用いて電極を接地基準から絶縁する、平行板プラズマ放電装置を用いたプラズマ処理に関する。
【０００２】
（発明の背景）
ガス・プラズマは、半導体基板に適用されるプラズマ・エッチングおよびプラズマ堆積の用途を含む、様々な集積回路（ＩＣ）製造プロセスにおいて広く用いられている。一般に、かかるプラズマを処理室内で生成するには、処理室内に低圧プロセス・ガスを導入し、次いで処理室内に電気エネルギを送出して、電界を形成する。この電界によって処理室内に電子流が生じ、電子と個々のプロセス・ガス分子の衝突によってガス分子に運動エネルギを伝達することで分子をイオン化する。ガス分子の効率的なイオン化のために、処理室の電界内で電子流の電子を加速する。プロセス・ガスのイオン化分子および自由電子は共に、ガス・プラズマまたはプラズマ放電と呼ばれるものを形成する。
【０００３】
処理室内で生成されたガス・プラズマは、基板の露出面のエッチングのため等、追加のプロセス・ガスを全く用いることなく利用される場合があり、または、基板上に様々な物質層を堆積するために、他の選択したプロセス・ガスと組み合わせて用いられる場合もある。例えば、エッチング・プロセス内では、イオン化プラズマ粒子は一般に正に帯電し、基板には負のバイアスをかけて、正のプラズマ粒子が基板表面に付着して基板に衝撃を与え、これによって、そこから物質層をエッチングおよび除去するようにする。
【０００４】
ＩＣ製造において導電性またはオーム接点を与えるため等で、基板上に薄い物質の膜または層を堆積する必要がある場合は、化学気相成長法（ＣＶＤ）等の堆積プロセスを用いることができる。ＣＶＤでは、処理室内にプロセス・ガスを注入し、ガスが基板近くで化学的に反応して反応副産物を形成し、これが次いで基板上に堆積して所望の物質層を形成する。ガス・プラズマを用いたＣＶＤプロセスは、一般に、プラズマ促進ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤプロセスと呼ばれる。ＰＥＣＶＤは、多くの場合、例えば、標準的なＣＶＤによる適正な化学反応に通常必要であるプロセス温度および熱エネルギを低くするために用いられる。ＰＥＣＶＤでは、プラズマを形成し維持するために送出される電気エネルギによって、化学反応に必要な熱エネルギが低下する。
【０００５】
プラズマ・エッチングおよびＰＥＣＶＤのための一般的なハードウエア構成の１つに、平行板ＲＦ放電装置と呼ばれるものがある。かかる装置では、処理室内に、平面状の基板支持物およびシャワーヘッド等の平面状のガス供給素子を、互いにほぼ平行に配する。電極の一方または双方に、ＲＦエネルギによって電気的にバイアスをかけて、プロセス・ガスの１つ以上をイオン化プラズマへと付勢するための対向ＲＦ電極として動作させる。電極間の距離は、電極の寸法に対して比較的小さく、その距離は例えば約１インチとすれば良い。シャワーヘッド電極内の小さい孔を通じてプロセス・ガスを導入し、シャワーヘッドにＲＦ電力を印加するが、シャワーヘッドは、いかなる接地基準からも絶縁する必要がある。かかるＰＥＣＶＤプロセスおよびシャワーヘッド構造の１つが、本出願人の米国特許番号第５，５６７，２４３号に記載されている。別の適切なシャワーヘッド構造が、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｅｍａｔｕｒｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ Ｒｅａｃｔａｎｔ Ｇａｓｅｓ ｉｎ ＣＶＤ ａｎｄ ＰＥＣＶＤ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ（ＣＶＤおよびＰＥＣＶＤ反応における反応物質ガスの時期尚早な混合を防ぐための装置および方法）」と題する本出願人の米国出願連続番号第０８／９４０，７７９号に記載されている。これらの発行済みの特許および係属中の出願は双方とも、その全てを本願発明においても援用する。
【０００６】
平行板装置の接地基準は、一般に、電極が配置されている金属製処理室である。基板支持電極も接地されている場合があるが、接地されていない場合もある。接地された処理室とシャワーヘッド電極との間に、絶縁物質（例えば石英）の板の形態である絶縁物を配置する。電極および絶縁板は、一般に平坦な平面状の構造であるが、いくらかの湾曲を有する場合がある。プロセス・ガスはシャワーヘッド電極へと送られるので、ガスは絶縁板を通過する必要がある。しかしながら、ガスをシャワーヘッドへ送出可能とするために絶縁板内に形成しなければならない孔または開口は、プラズマの安定性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００７】
更に具体的には、絶縁物を貫通する開口は、バイアスをかけたＲＦ電極と接地した処理室との間にプラズマ破壊経路を与える。プラズマ破壊が発生するのは、プラズマが開口内で形成されて、ＲＦシャワーヘッド電極と、処理室の蓋または何らかの他の部分等の接地した基準との間に導電性経路を生成する場合である。プラズマは、接地にアークする傾向があり、これはプラズマの安定性、結果としてプラズマ・プロセスの安定性に悪影響を及ぼす。プラズマ破壊は通常、特定のＲＦ電力レベルおよびシステム圧力で発生するので、プラズマ放電に適用し得るＲＦ電力が制限される。プラズマ電力の制限は、プラズマの密度を低下させる。破壊電力とガス圧力との関係は、処理室の寸法、ＲＦ周波数、プロセス・ガスの種類等、様々なシステム・パラメータによって決定される。
【０００８】
この処理システムをＰＥＣＶＤに用いる場合、絶縁物の開口に破壊プラズマが存在することの別の欠点が生じる。かかる場合、開口内のプラズマ放電により、内部に導電性被覆が堆積する場合がある。これは、更にプラズマの不安定性につながる恐れがあり、プラズマ・アークおよび破壊が実際に発生しない処理条件のもとであっても、問題である。
【０００９】
プラズマ破壊を防ぐために、いくつかの技法が用いられている。しかしながら、かかる技法は、概してプラズマ処理システムの製造を複雑化させ、このため、システムの全体的な費用を増大させる。例えば、絶縁板を厚くして、板の開口の長さを増すことができる。更に、開口の外形に溝またはひだを形成して、開口を通る有効経路長を長くすることができる。更にまた、開口に角度をつけて、開口を通る有効経路長を長くすることができる。かかる技法は、絶縁板構成の複雑さを増し、従って絶縁板の製造コストを増大させる。
【００１０】
破壊電圧の問題に対する別の解決策は、破壊を起こすことなくプラズマに送出するＲＦ電力量を増大可能とする範囲内に、処理室の圧力を維持することである。しかしながら、かかる制限は、平行板装置の動作およびそのプラズマ処理における適用にも制限を加える。
【００１１】
従って、本発明の目的は、広範囲のプロセス条件および圧力に渡って平行板放電装置内で安定したプラズマを維持することである。
そのため、本発明の別の目的は、シャワーヘッド電極と接地基準との間の絶縁物を用いて、平行板装置内のプラズマ破壊を低減および防止することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、平行板装置の全体的なコストおよび複雑さを増すことなく、装置内のプラズマ破壊を低減および防止することである。
本発明の別の目的は、ＰＥＣＶＤプロセスにおいて用いられる平行板装置の絶縁板の開口内の導電性被覆のプラズマ堆積を減少させることである。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、上述の目的に対応し、プロセス・ガス供給源からシャワーヘッド電極等のバイアスをかけたガス分散素子へとプロセス・ガスを送出するための絶縁素子に形成した開口を通じる導通が原因して生ずるプラズマ破壊を低減少させることである。そのように、本発明は、基板を処理するために電気的に安定なプラズマを維持する。以上の目的を達成するのため、本発明の処理システムは、基板を支持するための支持構造を内部に含むプロセス空間を規定する処理室を備える。処理室内のガス入口は、プロセス・ガス供給源に結合され、処理室内部で支持された基板近くにプロセス・ガスを導入する。また、シャワーヘッド等のガス分散素子も、プロセス・ガス供給源に結合され、基板近くにプロセス・ガスを分散させる。
【００１４】
本発明の原理によれば、シャワーヘッドと処理室との間に絶縁物アセンブリが配置され、処理室からシャワーヘッドを電気的に絶縁するように動作可能である。絶縁物アセンブリは、ガス入口から絶縁物アセンブリを介してプロセス・ガスを通過させる流路を含み、この流路は、相互に側方に隔置された部分を含み、アセンブリを介した直接の見通し開口を防ぐ。側方に隔置された流路部分間に横流路部分が延在して、流路部分を共に結合すると共に、アセンブリを介した全流路を形成する。
【００１５】
本発明の一実施形態では、絶縁アセンブリは、平面状の絶縁板等の絶縁素子を含み、これは、石英のような電気的に絶縁性の物質から形成されている。絶縁板は、各々、ガス入口から絶縁板を介してプロセス・ガスを通過させる流路部分を有する。絶縁板の各流路部分は、相互に側方に隔置されて、絶縁板を介した直接の見通し開口を防ぐ。素子の少なくとも１つに横流路部分が形成され、隔置された流路部分間に延在して、流路部分を共に結合すると共に、絶縁板を介した全流路を形成して、絶縁板を通してシャワーヘッドまでプロセス・ガスを送出させる。好ましくは、シャワーヘッドと処理室との間で少なくとも１つの９０度の角度を形成して、シャワーヘッドと処理室との間で直接の見通し流路を回避し、これによってプラズマ破壊を低減および防止する。本発明の一実施形態では、２枚の隣接した板を用いる。あるいは多数の側方に隔置された流路部分対および各チャネルを有する多数の板を用いて、本発明の原理に従って、シャワーヘッドを電気的に絶縁させることも可能である。
【００１６】
本発明の一実施形態では、絶縁板に４対の流路を形成し、関連する４対の側方に隔置された部分および横流路部分を用いる。板は、ほぼ円形の断面を有し、横流路部分は半円形に形成して、板の輪郭および形状に従う。絶縁板間にセラミック製の位置合わせピンを配置して、各々の隔置された流路部分と横流路部分との間に適正な位置合わせを与え、板を介した様々なガス流路を形成する。また、位置合わせピンを、板と処理室とシャワーヘッドとの間の界面で用いて、処理室内の板の適正な位置決めおよび位置合わせを保証することも可能である。
【００１７】
絶縁板を介した直接の見通し導電経路を排除してプラズマ破壊を防ぐことに加えて、本発明は、電極のＲＦバイアスがプロセス・ガス供給源に向かうのを防ぐために処理システムと共に通常用いられるガス供給線内の電気的絶縁またはＲＦ阻止構造を解消する。更に、本発明の一実施形態の多数の絶縁板は、従来技術の処理システムにおいて用いられる通常の単一絶縁板よりも薄くすることができる。このため、多数の板は、加熱された処理空間を大気に通気させる場合に、熱衝撃および破壊を受けにくい。
【００１８】
他の目的および利点は、以下の本発明の「詳細な説明」において記載する。
本明細書に組み込まれてその一部を成す添付図面は、本発明の実施形態を例示し、以下に与える本発明の全体的な説明と共に、本発明の原理を説明する機能を果たす。
【００１９】
（詳細な説明）
図１は、ＩＣ製造の間に半導体を処理するために用いられ、平行板プラズマ放電装置を組み込んだ従来技術の処理システム１０を示す。システム１０は、平面状の絶縁板１２を利用しており、これを介して、プロセス・ガスが、バイアスをかけたシャワーヘッド１４へと送出される。本出願の「背景」の項において述べたように、かかる構成は、プロセス・ガスが絶縁板１２を直接通過し、事実上、バイアスをかけたシャワーヘッド１４と接地したプロセス室１６および／または接地したプロセス・ガス供給線１８および関連するガス供給構成要素との間に導電性プラズマ経路を与えるために、プラズマ破壊を生じやすい。既存の平行板処理システムにおけるプラズマ破壊という欠点に、本発明によって対処する。また、本発明が提供する追加の利点には、熱衝撃の影響を受けにくく、シャワーヘッド内のＲＦがガス供給線を通じてガス供給構成要素に移動することを防ぐＲＦ破壊防止またはＲＦ阻止構成要素のような様々なガス供給構成要素を排除することができるプラズマ処理システムが含まれる。
【００２０】
本発明が組み込まれる現在のプラズマ処理システムを理解するために、図１の既存のシステム１０について詳細に説明する。従来技術のシステム１０および本発明のシステム１０ａは、様々な共通または類似の構成要素を有し、従ってそれらには同様の参照番号を与えている。本発明が組み込まれるシステム１０は、ステンレス鋼またはインコネル等の適切な金属から形成した処理室１６を含む。処理室１６は、プラズマを発生させるプロセス空間２０を規定する。処理室１６の上部を閉鎖し、これによってプロセス空間２０を包囲しているのは、室蓋２２であり、これもステンレス鋼で形成することが好ましい。室蓋２２は、適宜、処理室１６を封止して、プラズマ処理原理に従って低圧または真空環境を提供する。室蓋２２に結合可能な支持構造２４は、絶縁板１２および、図示のようなシャワーヘッド１４等のガス分散素子を支持する。絶縁板１２は、石英のような電気的に絶縁性の物質から製造される。シャワーヘッド１４は、その底面２９に、適宜形成された複数の開口２８を含み、基板支持またはサセプタ３２上に置かれた基板３０上にプロセス・ガスを導入する。シャワーヘッド１４は、いずれかの適切な形態を取ることができ、一般に、プロセス・ガス供給源１９およびガス供給線１８からプロセス・ガスを受け取り、開口２８を通じて基板３０上に均一にガスを分散させるように構成されている。開口２８のパターンおよび数は、基板上に均一かつ一様なプロセス・ガス流を与えるように決定することが好ましい。適切なシャワーヘッドの設計が、上述の米国特許第５，５６７，２４３号および連続番号第０８／９４０，７７９号に例示されている。シャワーヘッドは、アルミニウムまたはインコネル等の適切な物質から製造される。ガス供給線１８は、処理室に形成された適切な入口２１を通過する。
【００２１】
サセプタ３２はベース３３上にあり、平面状の基板３０を、シャワーヘッド１４にほぼ平行な向きに支持する。ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤプロセス（またはエッチング・プロセス）等の特定のプロセスでは、基板３０および、従ってサセプタ３２を、加熱する（または冷却する）ことが必要な場合があり、このため、ベース３３を介して、適切な加熱または冷却システムおよび温度制御システム（図示せず）に結合する。また、基板３０上への均一な堆積のため、サセプタ３２を回転させることが望ましい場合がある。そのため、サセプタ３２を外部回転制御システム３７に結合することができる。当技術分野において周知の原理に従って、背面加熱システムおよび基板チャックまたはクランプ・システム等の他のサセプタ制御システムもサセプタ３２と共に利用可能であることは、当業者には容易に理解されよう。処理の間、処理室１６のプロセス空間２０は低圧であり、従って、処理室１６は、真空開口３４等の処理室１６の適切な開口を介して、真空システム３９に結合される。真空システム３９によって維持されるプロセス空間２０内の圧力は、既知のプロセス・パラメータに従ったものとする。
【００２２】
プロセス空間２０内にプラズマを生成し維持するために、ＲＦ電力源４０によってシャワーヘッド１４にバイアスをかける。かかる適切な電源の１つは、約１３．５６ＭＨＺで動作し、約１００ないし１２００ワットの電力をシャワーヘッド１４に送出することができる。更に、処理システム１０の平行板構成内で、基板３０を支持するサセプタ上面３５とシャワーヘッド１４の対向する下面２９との間に、小さい距離を維持する。かかる１つの適切な距離は約２５ｍｍすなわち約１インチである。基板３０およびプロセス・ガス供給線１８に対するシャワーヘッド１４および絶縁板１２の適正な位置合わせを確実にするという点で、室蓋２２と絶縁板との間、および絶縁板１２とシャワーヘッド１４との間の境界に、位置合わせピン４２を用いる。室蓋２２、絶縁板１２、およびシャワーヘッド１４は全て、周知の原理に従って適切に封止して、適正な真空を維持することを保証し、更に、処理室１６内および特にプロセス空間２０内にプロセス・ガスを維持して、基板３０の近くに均一かつ高密度のプラズマを供給することを保証する。
【００２３】
処理システム１０の電極は、ほぼ平面状かつほぼ平行なシャワーヘッド１４およびサセプタ３２によって形成される。シャワーヘッド１４およびサセプタ３２は、それぞれ、湾曲面２９および３５を有する場合がある。しかしながら、面２９、３５は好ましくは平面状であり、相互に平行な向きに配されていることが好ましい。上述のように、ＲＦ電力源４０によってシャワーヘッド１４にバイアスをかける。サセプタ３２は、（これにもバイアスをかける場合があるが）通常接地されており、このため、概して、接地ベース４５に結合した処理室１６に電気的に結合されている。プロセス・ガス供給源および特に供給線１８も、接地ベース４５に結合されている。図１に示すように、絶縁板１２を貫通して流路４６が形成されており、ガス供給線１８をシャワーヘッド１４に結合する。シャワーヘッド１４は通常、空間（図示せず）を含み、この中にプロセス・ガスを送出し、その後、開口２８を通じて分散させる。開口４６は、適宜、供給線１８およびシャワーヘッド１４との境界に結合および封止して、当該ガスを漏れなくシャワーヘッドへ効果的に送出することを確実とする。例えば、板１２と室蓋２２との間に図示しないオーリング封止を用いて、供給線１８が板１２と接続する箇所でガス漏れを防ぐことができる。
【００２４】
図２は、図１に示すシステム１０と同様の処理システム内で利用可能な本発明を示す。そのため、同様の素子は同一の参照番号を用いる。図２に示す本発明のシステム１０ａは、絶縁アセンブリ４９を用いる。これは、側方に隔置した流路部分を有する流路を含み、バイアスをかけたシャワーヘッドと接地した処理室またはガス線との間の見通しガス流路を防ぐ。一実施形態では、このアセンブリは、個々の絶縁板５０ａ、５０ｂ等の多数の絶縁素子を含む。２枚の板５０ａ、５０ｂは、共同してプラズマ破壊を低減および防止する。板等のアセンブリ４９は、石英のような電気的に絶縁性の物質から適宜形成する。多数の素子を用いたアセンブリ４９を例示するが、本発明は、本発明に従って流路が形成される単一の素子を利用することも可能である。供給線１８からのプロセス・ガスは、流路部分５２を通って第１の絶縁板５０ａを貫通し、流路部分５４を通って第２の板５０ｂを貫通して供給される。本発明の原理によれば、流路部分５２、５４は、相互に側方に隔置されて、バイアスをかけたシャワーヘッド１４と接地したプロセス室１６または供給線１８との間に直線または直接見通し経路を設けないようにする。流路部分５２、５４は、これらの隔置した流路部分の間に、素子または板５０ａ、５０ｂの少なくとも１つに形成された横流路部分５６によって、共に結合されている。隔置した流路部分５２、５４および横流路部分５６は共に、絶縁アセンブリ４９を通過する流路を形成する。図２に示す実施形態では、横流路部分５６は、完全に上部の素子５０ａ内に形成されている。しかしながら、横流路部分５６は、素子５０ｂ内に形成することも可能であり、または、双方の素子５０ａ、５０ｂ内に一部ずつ形成することもできる。従って、バイアスをかけたシャワーヘッド電極１４とプロセス室１６またはガス供給線１８との間でプロセス・ガスが通る経路は、大幅に長くなり、プラズマが接地ベースに短絡する直接見通し経路は存在しない。本発明の好適な実施形態では、横流路部分５６は、ガス流路抵抗を最小限とするかまたは防ぐために、流路部分５２、５４と同一または流路部分５２、５４よりも大きい断面寸法を有する。図２に示すように、流路部分５２、５４および横流路部分５６内のプラズマ流は、流路部分５２、５４と横流路部分５６との間の境界において形成された少なくとも２回の直角すなわち９０度の曲がり角を有する。板５０ａ、５０ｂは、共に積層されるように形成および構成されており、板間の境界５１が、流路部分５２、５４および５６のほぼ気密の結合を与えるようになっている。
【００２５】
処理システム１０ａの特定の幾何学的形状および設計において考慮すべき点に対応するため、積層絶縁板５０ａ、５０ｂ内の流路部分５２、５４を、必要により板内に位置付けることができる。本発明の一実施形態では、シャワーヘッド１４および板５０ａ、５０ｂは円形であり、部分５６は、これを形成する板の円形の幾何学的形状に従う。更に、ガスをシャワーヘッドに導入するために、多数のガス供給線１８を用いることができる。本発明のかかる実施形態では、板５０ａ、５０ｂに適切に形成した複数の流路部分対５２、５４および各横流路部分５６を設けることとなる。様々な絶縁板５０ａ、５０ｂ、室蓋２２、およびシャワーヘッド１４間の位置合わせを行うために、適宜、位置合わせピン４２を用いることができる。好適な実施形態では、位置合わせピンはセラミックであると好ましい。
【００２６】
図４Ａおよび４Ｂは、本発明の一実施形態による上絶縁板５０ａおよび下絶縁板５０ｂの実施形態を示す。絶縁板は、多数の側方に隔置した流路部分対と、この隔置した流路部分対間に形成された関連する横流路部分を含む。このように、多数のガス供給線を用いて、ガスをシャワーヘッド１４に導入することができ、絶縁アセンブリを貫通して多数の流路が形成されている。更に具体的には、絶縁板５０ａ、５０ｂは、断面がほぼ円形であり、５２ａ、５４ａ；５２ｂ、５４ｂ；５２ｃ、５４ｃ；５２ｄ、５４ｄと示す流路部分対を含む。各横流路部分５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄは、流路部分対を共に結合する。横流路部分は、半円形に形成され、板５０ａ、５０ｂの断面形状に一致する。図４Ａおよび４Ｂに示す実施形態では、外側の流路部分５６ａ、５６ｄおよび対応する隔置した流路部分対５２ａ、５４ａおよび５２ｄ、５４ｄは、内側の流路部分５６ｂおよび５６ｃならびに関連する隔置した流路部分よりも大きい。
【００２７】
従って、図４Ａ、４ｂのアセンブリを用いて、多くのプロセス・ガスをシャワーヘッドに導入することができる。例えば、あるプロセス・ガス供給源をアセンブリの内側の流路に結合し、異なるプロセス・ガスを有する別の供給源を外側の流路に結合することができる。出願連続番号第０８／９４０，７７９号に示されているような非混合シャワーヘッドは、本発明の絶縁アセンブリと共に使用可能である。この出願は、本願発明の説明にも援用するものとする。
【００２８】
上部または上層の板５０ａの上面に、適切な孔５７を形成して、絶縁板５０ａおよび室蓋２２の界面間のセラミック位置合わせピン４２を収容する。同様に、上板５０ａの下面５９および下板５０ｂの上面６０の双方に適切な開口５８を形成して、板間の界面５１における位置合わせピン４２を収容する。最後に、シャワーヘッド１４と下絶縁板５０ｂとの間に結合された位置合わせピンのために、下板５０ｂの下面６３に適切な開口６２を形成する。
【００２９】
シャワーヘッドにバイアスをかけるため、絶縁アセンブリを介してそれにＲＦエネルギを与えなければならない。そのため、絶縁アセンブリ４９にはＲＦ開口が形成されている。図４Ａ、４Ｂを参照すると、板に開口６２ａ、６２ｂが形成されて、ＲＦ開口全体を作成している。素子５０ｂと共に金属板またはワッシャ６４を用いて、シャワーヘッドを絶縁アセンブリに物理的に結合することができる。
【００３０】
図３は、図１に示すような水素プラズマおよび単一の絶縁板、ならびに図２、図４Ａ、および４Ｂに示すような絶縁板５０ａ、５０ｂを有する絶縁アセンブリ４９を用いたシステムについて、プロセス・システム１０および１０ａ内に生成されたプラズマ放電の負荷抵抗、ＲＦバイアスをかけたシャワーヘッドのＤＣ自己バイアス対ＲＦパワーのグラフを示す。図３のグラフ内の様々な点によって示されるように、１３．５６ＭＨＺのＲＦ周波数および０．４５トルのプロセス圧力では、室１６の空間２０内で、システム１０に送出されるＲＦ電力は、概して３５０ワットに制限された。プロセス空間は、約１７５ないし２００℃の温度に維持した。図３のグラフ内の点７０、および約３５０ワットを超える電力レベルにおける参照矢印７１、７２に示す通り、参照矢印７１によって示されるような負荷抵抗の急激な上昇があり、参照番号７２によって示されるようなシャワーヘッドのＤＣ自己バイアスの急激な低下がある。プラズマの負荷抵抗の急激な上昇およびシャワーヘッドＤＣバイアスの急激な低下は、絶縁板１２を貫通する流路４６内の寄生放電の形成を示すものであり、この場合、シャワーヘッド１４は、プラズマを介して接地までアークし始める。シャワーヘッド内のプラズマは、システム１０を用いたＣＶＤプロセス内で、シャワーヘッド１４の個々の流路または孔２８内で生じた堆積として確認された。一般に、処理空間２０内の圧力が上昇すると、システム１０のＲＦ電力制限が厳しくなる。なぜなら、圧力が高くなると、特定のＲＦ電力をプラズマに送出するために必要なシャワーヘッドにおけるＲＦ電圧が低下するからである。
【００３１】
図３のグラフにおいて、参照番号７５は、図４Ａおよび４Ｂに示すような２枚の積層絶縁板５０ａ、５０ｂを有する本発明によるシステム１０ａを用いた場合の点を示す。本発明によるシステム１０ａの設計では、事実上、１３００ワットまで電力制限は観察されなかった。
【００３２】
上述のような本発明の原理によれば、多数のガス供給線１８を用いて、プロセス・ガスをシャワーヘッド１４に導入することができる。更に、本発明の原理によれば、図２に示す２枚の積層絶縁板５０ａ、５０ｂを超えた多数の絶縁板を利用可能である。例えば、所望のプロセス内で電力レベルを上げるためには、横流路部分５６の長さを極めて短くする必要があり得る。このため、流路部分５６を、２枚を超える多数の板の境界において形成される一連の更に短い流路部分によって置換することができる。このように、本発明は、絶縁板の間の各境界に形成されている適切なチャネルと、板に形成されている側方に隔置した適切な非整合ガス流路とを有するいずれかの数の積層絶縁板を用い、１つ以上のガス供給線１８とシャワーヘッド１４との間にプロセス・ガス用の流路を設けた実施形態も備える。
【００３３】
本発明は、プラズマ破壊を生じさせないために、ＲＦ電極と接地基準との間に長い経路長を提供する。更に、プラズマ破壊の際に発生し得る何らかの二次電子なだれを妨げるため、流路部分５６によって結合されている側方に隔置した非整合流路部分５２、５４が、シャワーヘッド電極と接地ベースとの間の直接見通しを防ぐ。また、本発明のシステム１０ａは、熱衝撃を受けにくい。なぜなら、高温においてシステムを大気に通気させなければならない場合、多数の薄い板は、単一の厚い板よりも破損が生じにくいからである。本発明のシステム１０ａの更に別の利点は、いくつかのガス供給素子を除去し、ガス送出システムの複雑さを低減することである。例えば、ガス供給線１８のシャワーヘッド電極１４への直接見通し接続がないので、図１に示すシステム１０においては通常必要であり得るガス供給線１８内の別個のＲＦ破壊構成素子を用いる必要がない。
【００３４】
本発明をその実施形態の説明によって示し、実施形態について相当に詳細に記載したが、添付の請求の範囲を、かかる詳細に制限すること、またはいかなる意味でも限定することは、本出願人の意図するところではない。当業者には、更に別の利点および変形が容易に明らかとなろう。従って、本発明は、その更に広い態様において、特定の詳細な代表的な装置および方法、ならびにここに図示し説明した例示的な例に限定されない。従って、本出願人の全体的な発明の概念の精神および範囲から逸脱することなく、かかる詳細からの逸脱が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の平行板装置の側断面図である。
【図２】 本発明の原理による絶縁アセンブリの側断面図である。
【図３】 図１および２の双方に示す装置の、ＲＦ電力に対して記入した水素プラズマの負荷抵抗におけるＲＦ電極のＤＣバイアスを記入した図である。
【図４Ａ】 本発明の原理による絶縁アセンブリにおいて用いられる絶縁板の上方図である。
【図４Ｂ】 本発明の原理による、図４Ａのものと同様の絶縁板の下方図である。

Claims (19)

1. プラズマによって基板を処理するための処理システムであって：
   プロセス空間を規定し、前記プロセス空間内に基板を支持するための支持構造を含む処理室と；
   前記処理室内にプラズマを形成するプロセス・ガスを導入するための前記処理室のガス入口と；
   前記処理室内に位置し、前記入口から前記プロセス空間内にプロセス・ガスを分散させるために動作可能なシャワーヘッドと；
   前記シャワーヘッドにバイアスをかけて、前記シャワーヘッドにより分散させたプロセス・ガスによってプラズマを形成する電気エネルギ供給源と；
   前記シャワーヘッドに接触し、前記シャワーヘッドと前記処理室の室壁との間に位置し、前記処理室の室壁から前記シャワーヘッドを電気的に絶縁させる絶縁アセンブリと；
   を備え、前記絶縁アセンブリは、前記ガス入口から前記絶縁アセンブリを貫通してプロセス・ガスを通過させる流路を含み、該流路は、相互に側方に隔置された部分を含み；
   前記流路は、更に、前記側方に隔置された流路部分間に延在して前記側方に隔置された流路部分を共に結合し前記アセンブリを貫通した流路を形成してプロセス・ガスを前記シャワーヘッドへと送出するための横流路部分を含み、
   これによって、処理の間に前記プラズマの安定性を維持するために、前記絶縁アセンブリを貫通する前記流路は、該横流路部分があることによって前記ガス入口が前記プロセス空間から直線的に見通しができない流路となっていることを特徴とする処理システム。
2. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記絶縁アセンブリは第１および第２の電気絶縁素子を含み、各素子は、前記絶縁素子にガスを通過させるために、前記素子を貫通する流路部分を含み、前記絶縁素子の前記各流路部分は相互に側方に隔置されており、前記横流路部分は、前記素子の少なくとも１つに形成されると共に前記隔置された流路部分間に延在して、前記流路部分を共に結合し全流路を形成している処理システム。
3. 請求項２に記載の処理システムにおいて、前記横流路部分は完全に１つの素子内に形成されている処理システム。
4. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記絶縁アセンブリは石英から形成されている処理システム。
5. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記電気エネルギ供給源は、ＲＦエネルギによって前記シャワーヘッドにバイアスをかけるためのＲＦ電源である処理システム。
6. 請求項２に記載の処理システムにおいて、前記絶縁素子は、上下に積層された平面状の絶縁板である処理システム。
7. 請求項６に記載の処理システムであって、更に、前記絶縁板間に位置する位置合わせピンを備え、前記流路を形成するために前記各流路部分および前記横流路部分間に適正な位置合わせを与える処理システム。
8. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記流路は、プロセス・ガス流のため、前記シャワーヘッドと前記処理室との間に少なくとも１つの９０度の角度を形成する処理システム。
9. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記絶縁アセンブリは、更に、多数の流路を備え、該流路の各々は、側方に隔置された流路部分対および該隔置された流路部分を共に結合する横流路部分を含む処理システム。
10. 請求項９に記載の処理システムにおいて、前記多数の流路は相互に物理的に分離している処理システム。
11. 請求項１に記載の処理システムにおいて、前記横流路部分は形状が半円である処理システム。
12. 請求項６に記載の処理システムにおいて、前記絶縁板は各々、平面を形成し、前記側方に隔置された流路部分は前記板平面に対してほぼ垂直な向きであり、前記横流路部分はそれが形成されている前記板の前記平面にほぼ平行な向きである処理システム。
13. プラズマによって基板を処理するための処理システムであって：
    プロセス空間を規定し、前記プロセス空間内に基板を支持するための支持構造を含む処理室と；
    前記処理室内にプラズマを形成するプロセス・ガスを導入するための前記処理室のガス入口と；
    前記処理室内に位置し、前記入口から前記プロセス空間内にプロセス・ガスを分散させるために動作可能なシャワーヘッドと；
    前記シャワーヘッドにバイアスをかけて、前記シャワーヘッドにより分散させたプロセス・ガスによってプラズマを形成する電気エネルギ供給源と；
    前記シャワーヘッドに接触し、前記シャワーヘッドと前記処理室の室壁との間に位置し、前記処理室の室壁から前記シャワーヘッドを電気的に絶縁させ、前記シャワーヘッドと前記処理室の室壁との間に相互に隣接して位置する複数の電気絶縁素子を備えた、絶縁アセンブリと；
    を備え、前記複数の絶縁素子の各々は、前記ガス入口から前記絶縁素子を貫通してプロセス・ガスを通過させる流路部分を有し、前記隣接した絶縁素子の前記各流路は、相互に側方に隔置されており；
    更に、隣接した絶縁素子の前記側方に隔置された流路部分間に延在して前記側方に隔置された流路部分を共に結合し、前記隣接する絶縁素子にプロセス・ガスを通過させる少なくとも１つの横流路部分を備えており、前記絶縁素子の流路は、前記横流路部分があることによって前記ガス入口が前記プロセス空間から直線的に見通しができない流路となっていることを特徴とする処理システム。
14. プラズマによって基板を処理するための処理システム内で接地基準となる部材からバイアスをかけたガス分散素子を絶縁させるための電気絶縁アセンブリであって：
    プロセス空間を規定し、前記プロセス空間内に基板を支持するための支持構造を含む処理室と；
    バイアスをかけたガス分散素子と接地基準となる部材との間に位置して前記ガス分散素子を電気的に絶縁するように構成されている電気絶縁アセンブリと；
    を備え、前記絶縁アセンブリは、前記ガス分散素子に接触し、ガス入口から前記絶縁アセンブリを貫通してプラズマを形成するプロセス・ガスを通過させる流路を含むように構成されており、前記流路は相互に側方に隔置された部分を含み；
    前記流路は、更に、前記側方に隔置された流路間に延在して前記側方に隔置された流路部分を共に結合し前記絶縁アセンブリを貫通する完全な流路を形成してガス分散素子へとプロセス・ガスを通過させる横流路部分を含み；
    これによって、処理の間に前記プラズマの安定性を維持するために、前記絶縁アセンブリを貫通する前記流路は、該横流路部分があることによって前記ガス入口が前記プロセス空間から直線的に見通しができない流路となっていることを特徴とする電気絶縁アセンブリ。
15. 請求項１４に記載のアセンブリにおいて、前記絶縁アセンブリは第１および第２の電気絶縁素子を含み、各素子は、前記絶縁素子にガスを通過させるために、前記素子を貫通する流路部分を含み、前記絶縁素子の前記各流路部分は相互に側方に隔置されており、前記横流路部分は、前記素子の少なくとも１つに形成されると共に前記隔置された流路部分間に延在して、前記流路部分を共に結合し全流路を形成しているアセンブリ。
16. 請求項１４に記載のアセンブリにおいて、前記絶縁アセンブリは石英から形成されているアセンブリ。
17. 請求項１４に記載のアセンブリにおいて、前記絶縁素子は、上下に積層された平面状の絶縁板であるアセンブリ。
18. 請求項１４に記載のアセンブリであって、前記流路は、前記絶縁アセンブリを通じたプロセス・ガス流のため、少なくとも１つの９０度の角度を形成するアセンブリ。
19. 請求項１４に記載のアセンブリにおいて、前記絶縁アセンブリは、更に、多数の流路を備え、該流路の各々は、側方に隔置された流路部分対および該隔置された流路部分を共に結合する横流路部分を含むアセンブリ。

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