JP5875864B2 - 統合型流量平衡器と改良されたコンダクタンスとを備える下部ライナ - Google Patents

Description

背景

（分野）
本発明の実施形態は、概して、下部チャンバライナを有するプラズマ処理チャンバに関する。

（関連技術の説明）
現代の集積回路は、シングルチップに何百万もの構成部品を含み得る複雑なデバイスである。しかしながら、速く、小さな電子デバイスの需要は、一層増加している。この需要は、速い回路だけでなく、各チップにおける大きな回路密度を必要とする。大きな回路密度を達成するために、集積回路部品の最小寸法又は限界寸法も低減する必要がある。

集積回路部品の限界寸法の低減は、高歩留まりを維持するために、基板における厳格な処理均一性を必要とする。集積回路の製造で使用する従来のプラズマエッチング工程に関連する問題の１つは、基板におけるエッチ速度の非均一性である。そのような非均一性は、１つには、エッチングチャンバにある排出口へ、及び基板から離れるようにエッチングガスを吸引する真空ポンプによるものであると考えられる。排出口に最も近接するチャンバの領域からガスが非常に簡単にポンプで吸引されるので、エッチングガスは、排出口の方へ、及び基板から離れるように吸引される。これによって、そこに位置した基板における非均一なエッチが生じ、製造される集積回路の性能を顕著に低下させ、また、製造コストを顕著に増加させる。

従って、集積回路の製造時における材料層の均一なエッチングのための装置の必要性が存在する。

概要

一実施形態において、統合型流量平衡器(integrated flow
equalizer)が、プラズマ処理チャンバに提供される。一実施形態において、統合型流量平衡器は、プラズマへの暴露から下部チャンバの壁を保護し、及び改良されたガス流コンダクタンスを許容するように構成される。一実施形態において、下部チャンバライナは、チャンバ底壁から高くされ、下部チャンバライナと底壁の間に高コンダクタンスのプレナムを形成する。一実施形態において、下部チャンバライナは、それを通って形成された開口を有し、プレナムと流体連通状態にある真空ポンプによって吸引された処理ガスの流れを均一にし、プラズマ処理チャンバに位置する基板での均一なプラズマ流及び均一なエッチングを生じるように構成される。

本発明の一実施形態において、プラズマ処理のための装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体内に配置された第１のチャンバライナと、第１のチャンバライナの下方でチャンバ本体内に配置された、第２のチャンバライナとを備える。第２のチャンバライナは、第１のチャンバライナに電気的に結合される。第２のチャンバライナは、チャンバ本体の底面に対して高い位置にあり、これによって、環状プレナムが第２のチャンバライナとチャンバ本体の底面との間に画定される。第２のチャンバライナは、それを通って形成された開口を有し、プレナムと流体連通状態にある真空ポンプによって吸引された処理ガスの流れを均一にするように構成される。

本発明の他の実施形態において、プラズマチャンバのための環状チャンバライナは、底壁と、底壁から上方へ延びる内壁と、底壁から上方及び外側へ延びる外壁とを備える。環状チャンバライナは、底壁及び外壁を通って延びる複数のスロットを有する。一実施形態において、スロットは、処理ガスの流れを均一にする。少なくとも１つのスロットが、環状チャンバライナのそれぞれの四分円内に存在するように、複数のスロットが配置される。

本発明の他の実施形態において、エッチング装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体に配置された基板支持ペデスタルと、基板支持ペデスタルに対向してチャンバに配置されたガス導入シャワーヘッドと、チャンバ本体に配置された上部チャンバライナとを備える。上部チャンバライナはチャンバ本体に配置され、これによって、基板支持ペデスタル、ガス導入シャワーヘッド、及び第１のチャンバライナが少なくとも部分的に処理領域を包囲する。環状バッフルは、基板支持ペデスタルに連結し、ペデスタルを包囲する。下部チャンバライナは、底壁と、内壁と、底壁から上方及び外側へ傾斜する外壁とを備え、下部チャンバライナは環状バッフルの下方に設けられ、基板支持ペデスタルを包囲する。下部チャンバライナは、チャンバ本体内に配置され、これによって、環状プレナムが、下部チャンバライナの底壁及び外壁とチャンバ本体の底部及び外壁との間に画定される。下部チャンバライナは、それを通るスロットを有し、プレナムと流体連通状態にある真空ポンプによって吸引された処理ガスの流れを均一にする。

本発明の実施形態の上述した構成が詳細に理解されるように、実施形態を参照して、上で簡単に概説した本発明のより詳細な説明を行う。実施形態の一部は、添付図面に示されている。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すのみであり、本発明は、その他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を限定すると解釈されないことに留意すべきである。

本発明の一実施形態によるエッチング装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態による統合型流量平衡器を備えた下部チャンバライナの部分的な概略断面図である。 図２Ａのチャンバの概略底面図である。 本発明の他の実施形態の下部チャンバライナの概略底面図である。

詳細な説明

本発明の実施形態は、概して、統合型流量平衡器(integrated flow equalizer)を備えた下部チャンバライナを有する、プラズマ処理チャンバを含む。本発明の種々の実施形態は、エッチングチャンバに関して以下に説明される。しかしながら、種々のプラズマ堆積及びエッチングチャンバが、本明細書に開示する教示から利益を享受することができる。このようなものの数ある中でも特に、CENTURA（商標）システムのような半導体ウエハ処理システムの一部であり得る、ENABLER（商標）エッチングチャンバ、PRODUCER（商標）エッチングチャンバ、eMax（商標）エッチングチャンバ等の誘電性のエッチングチャンバであり、これらはすべて、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社(Applied Materials, Inc.)から入手可能である。他のメーカーからのものを含む、他のプラズマリアクタが、本発明から利益を享受するのに適していることが考えられる。

図１は、本発明の一実施形態によるエッチング装置１００の概略断面図である。装置１００は、チャンバ本体１０２を備え、チャンバ本体においては、ガス導入シャワーヘッド１０８に対向するペデスタル１０６に基板１０４を配置することができる。処理ガスは、シャワーヘッド１０８によってチャンバ１０２に供給することができる。処理ガスは、ガス源１１０からシャワーヘッド１０８を介してチャンバ１０２に供給されてもよい。一実施形態において、ペデスタル１０６は、電源１３０からの電流によってバイアスがかけられ得る。他の実施形態において、シャワーヘッド１０８は、電源１１２からの電流によってバイアスがかけられ得る。

処理時に、処理ガスは、シャワーヘッド１０８によって処理領域１２８へ供給され、この領域で、プラズマ状態の処理ガスが基板１０４の材料のエッチングを進行する。プラズマは、基板１０４だけでなく、チャンバの壁までも及び得る。プラズマからチャンバの壁を保護するために、上部ライナ１２６があってもよい。上部ライナ１２６は、プラズマへの暴露からチャンバの壁を保護することができる。さらに、上部ライナ１２６は、清浄又は交換のために、処理中断時に除去することができる。

環状バッフル１１６が、基板１０４及びペデスタル１０６を包囲してもよい。環状バッフル１１６は、上部ライナ１２６に近接して延び、それを通る複数のスロットを有してもよい。バッフル１１６のスロットは、処理ガスを、それを通じて吸引し、処理チャンバ本体１０２から処理ガスを抜くことを可能にする。スロットは、バッフル１１６を通過するプラズマの量を削除するか、又は低減させるサイズであり得る。

また、処理ガスは、バッフル１１６と上部ライナ１２６間の領域で、バッフル１１６の周囲から吸引され得る。一般に、大部分のプラズマは、処理領域１２８に閉じ込められるが、一部のプラズマは、バッフル１１６の外径を越えて広がり、バッフル１１６の下方に吸引され得る。下部チャンバライナ１２０が、プラズマから下部チャンバの壁を保護するためにあってもよい。下部ライナ１２０は、清浄又は交換のために、処理中断時に除去することができる。下部ライナ１２０は、締付機構１２４によってチャンバ本体１０２の底部に連結され得る。一実施形態において、締付機構１２４は、ねじを含み得る。一実施形態において、締付機構１２４は、下部ライナ１２０へ皿穴が開けられてもよい。

真空ポンプ１１４は、処理チャンバ本体１０２を吸引して、バッフル１１６、及びバッフル１１６と上部ライナ１２６の間の領域を通じて、ガスを引き抜くことができる。下部チャンバライナ１２０は、チャンバ本体１０２の底部に対して高い位置で構成され得る。これによって、大きなプレナム１２２が、下部チャンバライナ１２０の底面１２１とチャンバ本体１０２の全周囲のチャンバ本体１０２の底面１０１との間に存在する。さらに、下部チャンバライナ１２０は、上方へ傾斜する外壁１２３を有してもよい。これによって、プレナム１２２が、下部チャンバライナ１２０の外壁１２３とチャンバ本体１０２の壁１０３との間の下部チャンバライナ１２０の全周囲の上方へ広がる。下部チャンバライナ１２０は、複数の開口（図１において、図示せず）を有し、それを通って吸引された処理ガスの流れを均一にすることができる。適切な開口の例は、図２Ｂ及び３で理解することができる。大きなプレナム１２２は、真空吸引を広く分布させるのに機能する。一実施形態において、下部チャンバライナ１２０による大規模な吸引は、チャンバ本体１０２の排出口１１３に最も近接する領域で達成することができ、それは、基板１０４におけるエッチングプラズマの非均一性を誘導し得る。一実施形態において、下部チャンバライナ１２０の環状体を介した処理ガスの均一な真空吸引を更に促進するために、下部チャンバライナ１２０の開口のサイズ及び位置決めは、図２Ｂ及び３に関して以下に説明するように、調整することができる。

更に、下部チャンバライナ１２０は、上部チャンバライナ１２６に電気的に結合され、それらの両方が接地される。ＲＦプラズマが存在する場合、上部ライナ１２６、下部ライナ１２０のどちらに最小抵抗性の経路があっても、接地へのリターン経路を要求するＲＦ電流は、上部ライナ１２６及び／又は下部ライナ１２０に沿って移動することができる。上部チャンバライナ１２６に下部チャンバライナ１２０を電気的に結合することは、接地への経路を要求するRF電流のための十分な表面領域を提供する。その結果、プラズマは、チャンバ１００の基板１０４で非常に均一に広がり、エッチング均一性を増加させ得る。

図２Ａは、本発明の一実施形態による下部チャンバライナ２００の概略部分断面図である。下部ライナは、底壁２０４から上に延びる内壁２０２を備える。内壁２０２は、プラズマの暴露からペデスタルの下の領域を保護する。外壁２０６は、底壁２０４から下部チャンバライナ２００の外周に上方へ傾斜している。図２Ｂ及び図３、並びに以下に説明するように、複数のガス通路２０８が、外壁２０６と内壁２０４で、及びこれらを通じて延びる。

図２Ｂは、図２Ａの下部チャンバライナ２００の概略底面図である。図２Ｂに示すように、底壁２０４及び側壁２０６のガス通路２０８は、第１の四分円２１０に広く間隔を置いて配置され、ガス通路は、チャンバ本体１０２の排出口１１３に隣接して位置する。ガス通路２０８は、下部チャンバライナ２００の第１の四分円２１０から離れて広がる第２の四分円２２０及び第３の四分円２３０に狭い間隔で配置され得る。一実施形態において、ガス通路２０８の間隔は、第１の四分円２１０から離れて広がる第２の四分円２２０及び第３の四分円２３０で減少してもよい。一実施形態において、ガス通路は、第２の四分円２２０及び第３の四分円２３０で均等に間隔を置いて配置されてもよい。ガス通路２０８は、第４の四分円２４０で最も狭い間隔で配置され、ガス通路は、チャンバ本体１０２の排出口１１３から最も遠くに位置する。

図３は、本発明の他の実施形態による下部チャンバライナ３００の概略底面図である。この実施形態において、細いガス通路３０７は、チャンバライナ３００の第１の四分円３１０で広い間隔で配置され、ガス通路は、チャンバ本体１０２の排出口１１３に隣接して位置する。細いガス通路３０７より大きい、中規模のガス通路３０８は、第１の四分円３１０から離れて広がる第２の四分円３２０及び第３の四分円３３０で狭い間隔で位置する。中規模のガス通路３０８より大きい、大きなガス通路３０９は、下部チャンバライナ１２０の第４の四分円３４０で位置し、ガス通路３０９は、チャンバ本体１０２の排出口１１３から最も遠くに位置する。大きなガス通路３０９は、薄い構造のリブによって区切られる。一実施形態において、単一のガス通路３０９は、すべての第４の四分円３４０で広がる。他の実施形態において、第４の四分円３４０は、間に単一構造のリブ３４１を有する２つのガス通路３０９に分割される。

下部チャンバライナ１２０、２００、３００を通じて延びるガス通路２０８、３０７〜３０９を形成し、チャンバ１００の排出口１１３から最も遠い領域が最も大きい開口を有し、排出口１１３に隣接する領域が最も小さい領域を有することにより、処理領域１２８からの真空吸引の均一性を増加させ得る。同様に、処理領域１２８からの真空吸引を均一にすることによって、プラズマの分布、及び最終的なエッチング均一性も増加させ得る。

前述したものは、本発明の実施形態に関するが、本発明の他の及び更なる実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく創作され得る。また、その範囲は、以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

1. プラズマ処理のための装置であって、
   チャンバ本体と、
   該チャンバ本体内に配置された第１のチャンバライナと、
   該第１のチャンバライナの下方で該チャンバ本体内に配置され、該第１のチャンバライナに電気的に結合された、第２のチャンバライナであって、
   底壁と、
   該底壁から上方へ延びる内壁と、
   該底壁から上方へ傾斜する外壁とを備える第２のチャンバライナとを備え、
   該第２のチャンバライナが、該底壁及び該外壁に亘って貫通して延びる、処理ガスの均一な真空吸引を更に促進するためのサイズ及び位置決めを調整した複数の開口を有し、該第２のチャンバライナが、該チャンバ本体の底面に対して高い位置にあり、これによって、環状プレナムが該第２のチャンバライナと該チャンバ本体の底面との間に画定され、
   該環状プレナムが、該第１のチャンバライナの背後に設けられた排出口と流体連通状態にあるプラズマ処理のための装置。
2. 前記環状プレナムの第１の部分が、前記第２のチャンバライナの底壁と前記チャンバ本体の底面との間に画定され、
   前記環状プレナムの第２の部分が、前記第２のチャンバライナの外壁と前記チャンバ本体の壁との間に画定される請求項１記載の装置。
3. 少なくとも１つの開口が前記第２のチャンバライナのそれぞれの四分円に存在する請求項１記載の装置。
4. 対向する四分円より少ない開口が、前記第２のチャンバライナの第１の四分円に存在する請求項３記載の装置。
5. 前記第２のチャンバライナの第１の四分円が、チャンバ本体内の排出口に隣接して位置する請求項４記載の装置。
6. 対向する四分円より小さい開口が、前記第２のチャンバライナの第１の四分円に存在する請求項３記載の装置。
7. 前記第２のチャンバライナの第１の四分円が、チャンバ本体内の排出口に隣接して位置する請求項６記載の装置。
8. プラズマチャンバのための環状チャンバライナであって、
   底壁と、
   該底壁から上方へ延びる内壁と、
   該底壁から上方へ延びる外壁とを備え、
   該環状チャンバライナが、該底壁及び該外壁に亘って貫通して延びる複数のスロットを有し、
   少なくとも１つのスロットが、該環状チャンバライナのそれぞれの四分円内に存在するように、該複数のスロットが配置されるプラズマチャンバのための環状チャンバライナ。
9. 前記環状チャンバライナの１つの四分円が、他の３つの四分円より少ないスロットを有する請求項８記載の環状チャンバライナ。
10. 前記環状チャンバライナの１つの四分円が、他の３つの四分円より多い数のスロットを有する請求項８記載の環状チャンバライナ。
11. 前記環状チャンバライナの１つの四分円が、他の３つの四分円より大きいスロットを有する請求項８記載の環状チャンバライナ。
12. 前記環状チャンバライナの１つの四分円が、他の３つの四分円より小さいスロットを有する請求項８記載の環状チャンバライナ。
13. エッチング装置であって、
    チャンバ本体と、
    該チャンバ本体に配置された基板支持ペデスタルと、
    該基板支持ペデスタルに対向してチャンバ本体内に配置されたガス導入シャワーヘッドと、
    上部チャンバライナであって、該チャンバ本体内に配置され、これによって、該基板支持ペデスタル、該ガス導入シャワーヘッド、及び上部チャンバライナが少なくとも部分的に処理領域を包囲する上部チャンバライナと、
    該基板支持ペデスタルに連結し、該ペデスタルを包囲する環状バッフルと、
    下部チャンバライナであって、
    底壁と、
    該環状バッフルの下方に構成され、該基板支持ペデスタルを包囲する内壁と、
    該底壁から上方へ傾斜する外壁とを備える下部チャンバライナとを備え、
    該下部チャンバライナが、該底壁及び該外壁に亘って貫通して延びる、処理ガスの均一な真空吸引を更に促進するためのサイズ及び位置決めを調整した複数のスロットを有し、該下部チャンバライナが該チャンバ本体内に配置され、これによって、環状プレナムが該下部チャンバライナの底壁及び外壁と該チャンバ本体の底部及び外壁との間に画定され、
    該環状プレナムが、該上部チャンバライナの背後に設けられた排出口と流体連通状態にあるエッチング装置。
14. 前記下部チャンバライナの１つの四分円が、対向する四分円より少ないスロットを有する請求項１３記載の装置。
15. 前記下部チャンバライナの１つの四分円が、対向する四分円より大きいスロットを有する請求項１３記載の装置。

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