JP4964142B2 - 高密度プラズマ適用のための高真空中での自己冷却ガス分配装置 - Google Patents
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Description
[0001]本発明は、一般的には、半導体製造設備に関する。より詳細には、本発明は、半導体製造設備の温度制御に関する。単に一例として、本発明は、高密度プラズマチャンバと用いられる自己冷却ガス分配装置に適用されてきた。その方法と装置は、ガス分配ノズルの自己冷却等の他の用途にも適用し得る。
[0002]化学気相堆積（ＣＶＤ）は、半導体産業において、基板上に所望の物質の薄層又は膜を形成するために用いられるガス反応プロセスである。ある高密度プラズマ（ＨＤＰ）増強型ＣＶＤプロセスは、表面に垂直に近い角度で又は基板表面の方向の偏りによって表面に好ましい角度で、負に偏った基板表面に正に帯電したプラズマイオンを引きつけることにより膜堆積を増強するためのＲＦ生成プラズマの使用によって物理的イオン生成と共に反化学応性ガスを用いている。集積回路（ＩＣ）の製造の一目標は、高い処理能力で、非常に薄いが均一な膜を基板上に形成することである。
[0003]ガスノズルは、ガス分配システムの一部として多くのＣＶＤチャンバに用いられている。例えば、薄膜堆積プロセスに用いられるプロセスガスはチャンバの内面に配置された１つ以上のガスノズルを通ってチャンバに入る。ガスノズルは、セラミックを含む種々の材料から作られている。チャンバ設計によっては、あるＣＶＤプロセス、特にプラズマ援助ＣＶＤプロセスは、高温で動作し、ガスノズルがチャンバ内部でプラズマ加熱を受ける。１つ以上のオリフィスが遠位端にある典型的にはセラミックノズルであるこれらのノズルは、典型的なＨＤＰＣＶＤプロセスの間、約８００℃以上程度の温度に達し得る。これらの高温によって、基板の近くよりむしろノズル内部でのプロセスガスの早すぎる解離が生じ、その後膜内に取り込まれる反応副生成物が生成することになる。これらの望まないプロセスは、他の問題と共に堆積プロセスにおいて不均一性とパーティクルを引き起こすことがある。
[0004]それ故、当該技術においてはＨＤＰ-ＣＶＤ及び他の半導体処理装置に用いるための自己冷却ガス分配装置が求められている。
[0005]本発明は、一般的には、半導体製造設備に関する。より詳細には、本発明は、半導体製造設備の温度制御に関する。単に一例として、本発明は、高密度プラズマチャンバと用いられる自己冷却ガス分配装置に適用されてきた。その方法と装置は、ガス分配ノズルの自己冷却等の他の用途にも適用し得る。
[0006]本発明の一実施形態においては、ガス分配器は半導体処理チャンバ内で用いるために設けられる。ガス分配器はガス注入口とガス排出口を含む。ガス分配器は、また、らせん状ねじ山を有するステム部分とステム部分から外向きに放射状に伸びているガス偏向面を有する本体とガス偏向面から本体の反対側に配置された下面とを含む。更に、ガス分配器は、らせん状ねじ山とガス偏向面との間に配置された横シートとガス注入口からステム部分と本体を通ってガス排出口まで伸びているガス通路とを含む。本発明による個々の実施形態においては、横シートは、シーリング部材を保持するように適合され、具体的な実施形態においてはＯリングである。
[0007]本発明の他の実施形態においては、基板処理システムは、中央の円形開口部を含む内部上面を有する処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板支持部材と、チャンバの上面における円形開口部を通って基板支持部材に向かって伸びているガス分配器とを含む。ガス分配器は、ガス注入口と、ガス排出口と、らせん状ねじ山を有するステム部分と、ステム部分から外向きに放射状に伸びているガス偏向面を有する本体と、ガス偏向面から本体の反対側に配置された下面とを含む。ガス分配器は、また、らせん状ねじ山と、ガス偏向面と、ガス注入口からステム部分及び本体を通ってガス排出口まで伸びているガス通路の間に配置された横シートを含む。基板処理システムは、更に、ガス分配器に外接するガス出口を含む。個々の実施形態においては、基板処理システムは、更に、チャンバの上面の中央円形開口部の上に横たわるガス分配ブロックを含み、ガス分配ブロックはガス分配器のステム部分のらせん状ねじ山にねじ結合されるらせん状ねじ山を備えている。
[0017]本発明は、一般的には、半導体製造設備に関する。より詳細には、本発明は、半導体製造設備の温度制御を提供する。単に一例として、本発明は、高密度プラズマチャンバと用いられる自己冷却ガス分配装置に適用されてきた。その方法と装置は、ガス分配ノズルの自己冷却等の他の用途にも適用し得る。
[0018]図１は、従来のガス分配バッフルの簡略図である。図１に示される従来のガス分配バッフルは、バッフル上部のガス注入口１１２とバッフルの下面のガス排出口（図示せず）とを含む。バッフルは、ねじ山１０４を用いてガス分配装置にねじ込む。ガス分配装置（図示せず）は、流体でガス源に結合される。バッフルは、ねじ山１０４に隣接したステム部分１０２を有する。ステム部分は、上面１０６と隆起特徴部１０８を含み、Ｏリング１０９の支持体を設け、Ｏリング１０９は上面１０６上に載置され、隆起特徴部１０８を囲んでいる。バッフルがガス分配装置に装着される場合、Ｏリングはガス分配装置のシーリング面と接触し、ガス注入口１１２まで以外のガス流に対してバリヤを与える。ガス分配バッフルは、また、ステム部分から外向きに放射状に伸びているガス偏向面１１０を有する本体部分とガス偏向面から本体側の反対側に配置された下面（図示せず）を含む。
[0019]図２は、本発明の実施形態による半導体処理チャンバの簡略図である。図２に示される半導体処理チャンバは、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ-ＣＶＤ）システム１１５の一実施形態である。システム１１５は、チャンバ１１７と、基板支持体１１８と、ガス分配システム１３３と、遠隔プラズマ洗浄システム１５０と、真空システム１７０と、ソースプラズマシステム１８０Ａと、バイアスプラズマシステム１８０Ｂを含む。例示的ＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、本発明の譲受人アプライドマテリアルズ社によって製造されたＵｌｔｉｍａＸ ＨＤＰ-ＣＶＤ Ｃｅｎｔｕｒａシステムである。
[0020]本発明に実施形態は、チャンバの一部を少なくとも部分的に囲んでいるコイルにのＲＦエネルギーを印加することによってプラズマが形成されるチャンバとＥＣＲプラズマ形成技術を用いるチャンバとを含む種々のＨＤＰ-ＣＶＤ基板処理チャンバと組合わせて備えることができる。本発明の実施形態が使用し得る誘導結合ＨＤＰ-ＣＶＤチャンバの一実施例を以下に示す。
[0021]チャンバ１１７の上部は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのようなセラミック誘電材料で作られたドーム１１４を含む。ドーム１１４は、プラズマ処理領域１１６の上方境界を画成している。プラズマ処理領域１１６は、基板１１３の上面と、酸化アルミニウム又はアルミニウムセラミック材料から作られている基板支持体１１８によって底面で結合される。
[0022]ヒータプレート１２３と冷却プレート１２４は上にあり、ドーム１１４と熱的に結合している。ヒータプレート１２３と冷却プレート１２４は、約１００℃〜２００℃の範囲にわたって約±１０℃以内にドームの温度制御を可能にする。一般的には、プラズマにさらすために、基板支持体１１８上に位置する基板が加熱される。基板支持体１１８は、基板の裏面へ熱伝達ガス（しばしば裏面冷却ガスと呼ばれる）を分配することができる内部通路と外部通路（図示せず）を含む。
[0023]チャンバ１１７の下の部分は、チャンバを真空システムに結合する本体部材１２２を含む。基板支持体１１８のバイアス部分１２１は、本体部材１２２上に設置され、本体部材１２２と連続した内面を形成する。基板は、チャンバ１１７の側面の挿入/除去開口部（図示せず）を通ってロボットブレード（図示せず）によってチャンバ１１７へ、また、チャンバ１１７から移される。リフトピン（図示せず）は、上の装填位置１５７のロボットブレードから、基板が基板支持体１１８の基板受容部分１１９上に載置される下の処理位置１５６まで基板を移動させるためのモーター（図示せず）の制御下で上げられ、その後下げられる。基板収容部分１１９は、基板処理の間、基板を基板支持体１１８に固定するために使用し得る静電チャックを含む。
[0024]真空システム１７０は、二ブレードスロットルバルブ１２６を収容し且つゲートバルブ１２７とターボ分子ポンプ１２８に装着されるスロットル本体１８０Ａを含む。ゲートバルブ１２７はポンプ１２８をスロットル本体１２５から分離し、スロットバルブ１２６を完全に開いたときに排出流量を制限することによりチャンバ圧力を制御することができる。スロットバルブ、ゲートバルブ、ターボ分子ポンプの配置は、約１ミリトール程度の低いチャンバ圧力の正確で安定した制御を許容する。
[0025]ソースプラズマシステム１８０Ａは、ドーム１１４に取付けられる、最上部コイル１２９と側部コイル１３０に結合される。対称の接地シールド（図示せず）は、コイル間の電気的結合を減少させる。最上部コイル１２９は最上部ＲＦ（ＳＲＦ）源発電機１３１Ａによって出力し、側部コイル１３０は側部ＳＲＦ発電機１３１Ｂによって出力し、各コイルのための独立電力レベルと動作周波数を可能にする。個々の実施形態においては、最上部ＲＦ源発電機１３１Ａは、名目上２ＭＨｚにおいて２５００ワットまでのＲＦ電力を供給し、側部ＲＦ源発電機１３１Ｂは、名目上２ＭＨｚの５０００ワットまでのＲＦ電力を供給する。最上部と側部のＲＦ発電機の動作周波数は、プラズマ生成効率を向上させるために名目上動作周波数（例えば、それぞれ１.７-１.９ＭＨｚと１.９-２.１ＭＨｚに）から相殺されてもよい。
[0026]バイアスプラズマシステム１８０Ｂは、バイアスＲＦ（ＢＲＦ）発電機１３１Ｃとバイアス整合ネットワーク１３２Ｃを含む。バイアスプラズマシステム１８０Ｂは基板部分１１３を本体部材１２２に容量的に結合させ、相補電極として作用する。バイアスプラズマシステム１８０Ｂは、基板表面にソースプラズマシステム１８０Ａによって生成されたプラズマ化学種（例えば、イオン）の運搬を高める働きをする。個々の実施形態においては、バイアスＲＦ発電機は、１３.５６ＭＨｚにおいて５０００ワットまでのＲＦ電力を供給する。
[0027]ＲＦ発電機１３１Ａと１３１Ｂは、デジタル制御されたシンセサイザーを含み、約１.８〜約２.１ＭＨｚの周波数範囲で動作する。各発電機は、当業者によって理解されているように、チャンバとコイルから発電機に戻る反射電力を測定するＲＦ制御回路（図示せず）を含み、最低反射電力を得るために動作周波数を調整する。整合ネットワーク１３２Ａと１３２Ｂは、それぞれのコイル１２９と１３０を有する発電機１３１Ａと１３１Ｂの出力インピーダンスを整合させる。ＲＦ制御回路は、負荷が変化するにつれて負荷に発電機を整合させる整合ネットワーク内でキャパシタの値を変化させることによって双方の整合ネットワークを調整することができる。ＲＦ制御回路は、負荷から発電機に反射した電力がある限界を超える場合に整合ネットワークを調整することができる。一定に整合させ、且つ有効にＲＦ制御回路が整合ネットワークの整合をできない状態にする一方法は、反射電力のあらゆる予測された値を超えて反射電力の限界を設定することである。このことは、ごく最近の状態で整合ネットワークを保持することによりある条件下でプラズマを安定化することを援助する。
[0028]ガス分配システム１３３は、いくつかの供給源１３４（ａ）..１３４（ｎ）からガス分配ライン１３８（一部だけ図示する）によってガスを供給する。例示される具体的な実施例においては、ガス源１３４（ａ）..１３４（ｎ）は、ＳｉＨ４、Ｏ２、Ｈ２、ＮＦ３のための個別供給源と伸びた洗浄プロセスのための１つ以上の供給源を含む。当業者に理解されるように、供給源１３４（ａ）..１３４（ｎ）に用いられる実際の供給源とチャンバ１１７への分配ライン１３８の実際の接続部は、チャンバ１１７内で実行される堆積プロセスと洗浄プロセスに依存して変動する。各供給源１３４（ａ）..１３４（ｎ）からのガス流は、当業者に既知のように、１つ以上のマスフローコントローラ（図示せず）によって制御される。ガスは、ガスリング１３７及び又は上部ガス分配装置１４５によってチャンバ１１７に導入される。
[0029]可燃性、毒性、又は腐食性のガスが用いられる実施形態においては、堆積又は洗浄プロセス後のガス分配ラインに残っているガスを取り除くことは望ましいことである。このことは、例えば、チャンバ１１７をガス分配ライン１３８から分離するとともにガス分配ライン１３８を真空フォアライン１４４に通気させるために、バルブ１４３Ｂのような３方向バルブを用いて達成させることができる。図７Ａに示される１４３Ａ及び１４３Ｃのような他の類似バルブも他のガス分配ラインに組込むことができる。このような３方向バルブは、通気されないガス分配ライン（３方向バルブとチャンバの間）の容積を最小化するために、実施しやすいようにチャンバ１１７とリモートプラズマ源１５０に近いように配置させることができる。更に、２方向（オン‐オフ）バルブ（図示せず）は、マスフローコントローラ（“ＭＦＣ”）とチャンバの間又はガス源とＭＦＣの間に配置させることができる。
[0030]チャンバ１１７は、また、最上部ガス分配器１４５と最上部ベント１４６を有する。最上部ガス分配器と最上部ベント１４６は、膜の均一性を改善するとともに膜の堆積とドーピングパラメータの微細な調整を可能にする、ガスの最上部と側部フローの独立した制御を可能にする。最上部ベント１４６は、最上部ガス分配器１４５の周りの環状開口部である。一実施形態においては、一供給源、例えば、ＳｉＨ４は、個別のＭＦＣ（図示せず）を通って、ガス源ノズル１３９と最上部ガス分配器１４５に供給される。同様に、個別のＭＦＣは、酸素の単一供給源から最上部ベント１４６とガスノズル１４０の双方に酸素フローを制御するために用いることができる。最上部ガス分配器１４５と最上部ベント１４６に供給されるガスは、ガスをチャンバ１１７に流し込む前に個別に保持することができ、又はガスをチャンバ１１７に流し込む前に最上部プレナム１４８内で混合することができる。他の実施形態においては、同じガスの個別の供給源は、チャンバの種々の部分を供給するために用いることができる。
[0031]マイクロプラズマ源又はトロイダルプラズマ源のようなリモートプラズマ洗浄システム１５０は、乾式洗浄動作でチャンバ構成要素から堆積残留物を周期的に洗浄するために供給される。洗浄システムは、キャビティ１５３内の供給源１３４（ａ）..１３４（ｎ）（例えば、分子フッ素、三フッ化窒素、他のペルフルオロ化合物又は等価物単独又はアルゴンのような他のガスとの組合わせ）において１つ以上の洗浄ガス源からプラズマを生成するリモートプラズマ発生装置１５１を含む。このプラズマから生じる反応化学種は、アプリケータチューブ１５５によって洗浄ガス供給ポート１５４を通ってチャンバ１１７へ運搬される。洗浄プラズマを含むために用いられる材料（例えば、キャビティ１５３とアプリケータチューブ１５５）は、プラズマによる攻撃に耐性がなければならない。望ましいプラズマ化学種の濃度がリアクタキャビティ１５３からの距離により低下するので、リアクタキャビティ１５３と供給ポート１５４の間の距離は、実際には短く保持すべきである。リモートキャビティに洗浄プラズマを生成させると、チャンバの構成要素が温度、放射線、又はインサイチュで形成されるプラズマに存在することができるグロー放電の衝撃を受けない。その結果、静電チャック１２０のような比較的感受性の構成要素は、インサイチュプラズマ洗浄プロセスにおいて必要とされるものであるダミーウエハで覆われるか或いは保護されることを必要としない。
[0032]システムコントローラ１６０はシステム１１５の動作を制御する。コントローラ１６０は、例えば、ハードディスクドライブ及び又はフロッピーディスクドライブのようなメモリ１６２、及びプロセッサ１６１に結合したカードラックを含むことができる。カードラックは、シングル‐ボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入力/出力ボード、インタフェースボード及びステッパモータコントローラボードを含むことができる。システムコントローラ１６０は、ハードディスクドライブに保存されたコンピュータプログラムによって又はリムーバブルディスクに保存されたプログラムのような他のコンピュータプログラムによって動作する。コンピュータプログラムは、例えば、タイミング、ガスの混合物、ＲＦ電力レベル及び具体的なプロセスの他のパラメータを決定する。
[0033]本発明のある実施形態においては、半導体処理チャンバは、低圧で動作する。例えば、ＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、一般的には、低密度プラズマシステムより低い圧力範囲で動作する。ＨＤＰ-ＣＶＤに使われる低チャンバ圧は、平均自由行程が長い活性化学種と低角度分布を与える。これらの要素は、プラズマ密度と組合わせて、密接な間隔のギャップの最も深い部分にさえ到達するプラズマからの著しく多くの成分に寄与し、低密度プラズマＣＶＤシステムで堆積した膜と比較してギャップ充填能力が改善した膜を与える。従って、ガス分配システム内のガス圧は、一般的には、処理チャンバ内のガス圧を超える。
[0034]図３は、接触熱抵抗とガス分子で充填されたギャップ全体に熱を導くためのギャップガス圧のグラフである。図３に示されるように、ギャップ全体に熱を導くためのガスの能力は、ギャップ内に存在するガス圧の関数である。このチャートは、ガス分子で充填されたギャップ全体にガス分子によって熱導電性の圧力依存を定量化している。例えば、１００トールの高圧で、標準化された熱接触抵抗は約０.５７である。ギャップ内のガスの圧力が低下するにつれて、熱接触抵抗は、例えば、０.１トールの圧力では標準化された値２.０５に増加する。。ギャップ内のガス分子の密度が減少するにつれて、平均自由行程は減少し、接触抵抗が増加することになる。
[0035]ＨＤＰ-ＣＶＤチャンバの動作中、チャンバ内のプラズマの存在は、一般的には、基板だけでなくチャンバ構成要素も同様に加熱する。特にガス分配バッフルの温度は、一般的には、チャンバ動作の間に高いレベルに増加する。ガス分配バッフルの温度増加の２つの副産物は、パーティクルのチャンバへの導入が起こりうることとチャンバ内のガス流の均一性の低下である。これらの作用は共に膜の品質に悪影響を与える。従って、本発明の一実施形態においては、チャンバ動作中ガス分配バッフルの温度は低下させることが好ましい。
[0036]図１に示されたガス分配バッフルを参照すると、ステム１０２の上の部分１０６はＯリング１０９を支持する。Ｏリングはガスがガス注入口１１２へ分配されるにつれて、ガス分配システムと処理チャンバの間を密封する。一部のＨＤＰ-ＣＶＤシステムにおいては、ガス分配バッフルにつながるガス分配ライン１３８のガス圧は、約５トールである。対照的に、処理チャンバ内の圧力は非常に低い。勿論、チャンバ圧力は用途によって変動するが、ある堆積用途におけるチャンバ圧は約５ミリトールである。図３を参照すると、ガス圧が５トールから５ミリトールに低下するにつれて、一定のギャップに対する熱接触抵抗は１.３５から２.０７、５０％を超える増加に増加する。
[0037]図１に示されるガス分配システムに存在するガスは、隆起特徴部１０８とＯリング１０９の上部でガス分配バッフルと接触する。これらの表面によって、ガス分配バッフルから分配システム内に存在するガスに熱伝達が制限された表面積を与える。従って、ガス分配システムに存在するガスは、より高圧であるが、それ故、チャンバ内のガスより大きな熱を導く能力を有することにより、ガス分配バッフルの冷却する能力が制限される。
[0038]図４は、本発明の一実施形態によるガス分配器の簡略図である。図４に示されるガス分配器４００は、分配器の上の部分にガス注入口４２０と分配器の下面（図示せず）にガス排出口を含む。ガス分配装置（図示せず）はプロセスガスの供給源に流体で結合している。分配器は、らせん状ねじ山４０４を含むステム部分４０２を有する。分配器は、ねじ山４０４を用いてガス分配装置にねじ込ませる。分配器は、また、ステム部分から外向きに放射状に伸びているガス偏向面４１０とガス偏向面から本体の反対側に配置された下面（図示せず）を有する本体を含む。ガス通路は、ガス注入口４２０からステム部分と本体を通って本体の下面のガス排出口（図示せず）に伸びている。横シート４０６はらせん状ねじ山４０４とガス偏向面４１０の間に配置される。
[0039]本発明による一実施形態においては、横シート４０６はシーリング部材を保持するように適合される。具体的な実施形態においては、シーリング部材はＯリングである。図５は、本発明の一実施形態によるガス分配器４００の簡略図の断面図である。この図は、ガス注入口４２０と、ステム部分４０２と、らせん状ねじ山４０４を含むガス分配器の代替図を示している。本体４１４は、ガス偏向面４１０と下面４１６を含む。ガス通路５１２は、ガス注入口４２０からガス排出口５１４に続いている。図５に示されるように、ガス分配器の下面に存在するガス排出口は多くのガス排出ポートを備えている。一実施形態においては、下面に存在する３つのガス排出ポート５１６があり、排出口のそれぞれは、その他の２つの排出口に対して１２０ｏの角度で配置される。しかしながら、このことは本発明が必要としているものではない。代替的実施形態は、ある用途に適切であるように異なる幾何学的配置による異なる数の排出口ポートを用いる。図５に示されるシーリング部材４０８は、らせん状ねじ山４０４とガス偏向面４１０の間の横シート４０６に支持されている。
[0040]図６は、本発明のある実施形態に従ってガス分配ブロックの簡略図である。ガス分配ブロック６００はガス分配オリフィス６２０と取付けフランジ６３０を含む。取付けフランジは半導体処理チャンバの上面に装着される。冷却水は、冷却水取水ポート６１０によってガス分配ブロックに装着され、冷却水放出ポート６１２を経由してガス分配ブロックに供給される。チャンバ内に生成されブロックに移される熱は、冷却水によって取り除かれ、所定の温度でガス分配ブロックを維持する。
[0041]図７は、本発明の一つの実施形態による挿入前のガス分配ブロック前のガス分配器のアラインメントの斜視図を示す簡略図である。ガス分配器４００は、ガス分配ブロックのガス分配オリフィス７２０にガス分配器のステム部分７１０を挿入することによってガス分配ブロック６００に挿入される。らせん状ねじ山７１２は、ガス分配ブロック内に存在する嵌め合うねじ山（図示せず）にねじ込まれる。本発明の一実施形態においては、取付けフランジ６３０は処理チャンバのドームに接触し、ガス分配器はチャンバの内部に位置している。
[0042]図８は、本発明の一実施形態によるガス分配ブロックに結合したガス分配器を示す簡略断面図である。ガス分配器は、ねじ山８１６によってガス分配ブロック８００に結合される。ガス分配器のステム部分は、ステム部分の外面８１０がガス分配開口部の内面８０４で囲まれるようにガス分配オリフィスに挿入される。ガス分配器上に存在するねじ山８１６は、ガス分配ブロック上に存在する対応するねじ山８０６に結合される。図８に示されるＯリング８２０は、横シート８２２とガス分配ブロックの間をシールする。プロセスガスはガス源８２６からガス注入口８３０に流れ、ガス分配器とガス分配ブロックの間のギャップ８１２、また、ガス分配器上のねじ山とガス分配ブロックのねじ山の間のギャップ８１８へ進むことができる。ギャップ８１２は所定の厚さを有する。本発明による実施形態においては、ギャップ８１２は約２０ミル（０.０２０インチ）である。或いは、他の実施形態においては、厚さは約１０ミル〜約３０ミルの範囲にある。その上、ギャップ８１８は所定の厚さを有する。一実施形態においては、ギャップ８１８は約１０ミル（０.０１０インチ）である。或いは、他の実施形態においては、厚さは約５ミル〜約２０ミルの範囲にある。ギャップ８１２と８１８の厚さが具体的な用途に左右されることは当然のことである。
[0043]個々の実施形態においては、ギャップ８１２は、ガス分配ブロックへのガス分配器の挿入を促進するのに十分大きいギャップをなお可能にしつつ、ステム部分８１０の外面とガス分配ブロック８０４の内面の間の距離の減少を最小限にされている。一部の実施形態においては、ギャップの厚さの減少によって、ギャップ内に存在するプロセスガスを通って熱伝導によるガス分配器とガス分配ブロックの間の熱移動が促進される。
[0044]ステム部分は所定の長さを有する。本発明による実施形態においては、ステムの長さは０.５００インチである。或いは、他の実施形態においては、長さは約０.２００インチ〜約２.０インチの範囲にある。ステムの長さが具体的な用途に左右されることは当然のことである。ある実施形態においては、ステム部分の長さは、ステム部分の表面積、結果として、ステムとガス分配ブロックの内面の間のギャップ内に存在するステムとプロセスガスの間の熱接触を増大するように選ばれる。
[0045]らせん状ねじ山８１６とガス偏向面８４０の間の横シート８２２の位置は、プロセスガスがステム部分の外面８１０とガス分配ブロックの内面８０４の間のギャップ８１２を通過することを可能にする。シーリング部材８２２、例えば、Ｏリングが横シートによって支持される実施形態においては、プロセスガスはシーリング部材の上部に進む。一部の実施形態においては、プロセスガスの圧力は約５トールであることから、ギャップ８１２に存在するガスの熱導電性は、ガス分配器からガス分配ブロックへの熱伝達を可能にする。従って、プラズマ加熱又は他の供給源から得られるチャンバ内に生じ、ガス分配器によって吸収される熱は、ギャップを通ってガス分配ブロックへ伝導する。
[0046]図６に関して前述したように、一実施形態におけるガス分配ブロックは、冷却水取水ポートと冷却水排出ポートを含む。冷却水の使用は、ガス分配ブロックが所定の温度で維持されることを可能にする。従って、ガス分配器によって吸収されガス分配ブロックに移動する熱は、最終的に冷却水に移動するので取り除かれる。冷却水の供給は、適切な水の注入/排出温度及び流量と共に、当業者に明らかであり、半導体処理チャンバのために選ばれる動作パラメータに左右される。
[0047]本発明による実施形態は、チャンバドームの上面に取付けられたガス分配器を用いてきたが、このことは本発明が必要としていない。異なる形及び/又はチャンバ位置によるガス分配器は、本発明の代替的実施形態に用いられる。例えば、図９は、本発明の実施形態によるガスノズルの簡略断面図である。ガスノズルは、図２に示されるＨＤＯ-ＣＶＤチャンバ側に配置されたガス分配ノズル１３９を含む種々のＣＶＤシステムにガスを導入するために用いられる。
[0048]図９に示されるガスノズルは、近位部分と遠位部分を含み、近位部分は半導体処理チャンバの壁に結合され、遠位部分はチャンバの壁から内向きに半導体処理チャンバの内部へ置かれている。図９に示されるガスノズルの近位端９２０は、チャンバへプロセスガスを供給するためにガス供給部と結合するように構成される。その上、ガスノズルは、近位端に隣接したステム部分９３０とステム部分に隣接したらせん状ねじ山部分９０４を含む。上でガス分配器に関して述べたように、ガスノズルのステム部分は、チャンバ壁の凹部に一致し、ステム部分の外面９４２とチャンバの壁の凹部の内面９４４の間の所定の厚さのギャップ９４０を形成する。プロセスガスはチャンバ壁に結合したガス分配システムからガスノズルの近位端に流れ、ステム部分の外面とチャンバ壁内の凹部の内面の間のギャップ９４０に進むことができる。ギャップ９４０は所定の厚さを有する。本発明による実施形態においては、ギャップ９４０は、約２０ミル（０.０２０インチ）である。或いは、他の実施形態においては、厚さは約１０ミル〜約３０ミルの範囲にある。ギャップ９４０の厚さが具体的な用途に左右されることは当然のことである。
[0049]ガス通路は、近位端９２０から遠位端９２４に伸び、チャンバへのガスの流れのためのノズル開口部を含む。ノズル本体９２８は遠位端から所定の距離に伸び、ガス通路９２２の一部を備えている。一実施形態においては、ノズル本体の長さは約２.５インチである。或いは、他の実施形態においては、長さは約０.５ミル〜約５.０ミルである。長さが具体的な用途に左右されることは当然のことである。
[0050]ガスノズルは、また、らせん状ねじ山部分とノズル本体の間に配置された横シート９０８を含む。一実施形態においては、シーリング部材９１０は横シートと半導体処理チャンバのチャンバ壁と接触するように配置される。個々の実施形態において、シーリング部材はＯリングである。一部の実施形態においては、Ｏリングは所定の熱特性と機械的性質を持つ材料から作られる。例えば、Ｏリングは、アルミニウム又はフルオロポリマー樹脂を含む種々の材料から作ることができる。一実施形態においては、Ｏリングの厚さは約０.０５０インチである。或いは、厚さは約０.０２０インチ〜約０.２００の範囲にある。厚さが個々の用途に左右されることは当然のことである。
[0051]ガス通路を通ってガスノズルの近位部分からチャンバ壁に結合したガス分配装置によって供給されたプロセスガスは、ステム部分とチャンバ壁の間のギャップ９４０を通過させることができる。一実施形態においては、プロセスガスは約５トールであることから、プロセスガスは、ガスノズルとチャンバ壁の間のギャップ全体に熱伝導路を与え、ガスノズルが冷却することになる。一部の実施形態においては、シーリング部材はギャップの遠位端でプロセスガスのフローに対してバリヤを形成する。シーリング部材が距離９５０だけねじ山９０４の一端から離れている実施形態においては、追加のステム部分９３２によって、ガスノズルからチャンバ壁に熱移動の表面積が追加される。この具体的な実施形態においては、プロセスガスは、ステム部分９３０、ねじ山９０４、ステム部分９３２を囲む。チャンバ壁とシーリング部材９１０と横シート９０８間の接触によって、ギャップ９４０を通る伝導によってガスノズルの冷却をなお可能にしつつ、プロセスガスのフローに対してバリヤが得られる。
[0052]本発明を詳細にその個々の例によって記載してきたが、種々の変更や修正がその精神と範囲から逸脱することなくその中でなされ得ることは当業者に明らかである。これらの等価物や代替物は、本発明の範囲内に含まれることを意味する。
１０２…ステム部分、１０４…ねじ山、１０６…上面、１０８…隆起特徴部、１０９…Ｏリング、１１２…ガス注入口、１１３…基板、１１４…ドーム、１１５…ＨＤＰ-ＣＶＤシステム、１１６…プラズマ処理領域、１１７…チャンバ、１１８…基板支持体、１１９…基板受容部分、１２０…静電チャック、１２２…本体部材、１２３…ヒータプレート、１２４…冷却プレート、１２５…スロットル本体、１２６…スロットルバルブ、１２７…ゲートバルブ、１２８…ターボ分子ポンプ、１２９…最上部コイル、１３０…側部コイル、１３１Ａ…最上部ＲＦ源発電機、１３１Ｂ…側部ＳＲＦ発電機、１３２…整合ネットワーク、１３３…ガス分配システム、１３７…ガスリング、１３８…ガス分配ライン、１３９…ガス源ノズル、１４３Ｂ…バルブ、１４４…真空フォアライン、１４５…上部ガス分配装置、１４６…最上部ベント、１５０…遠隔プラズマ洗浄システム、１５３…リアクタキャビティ、１５４…洗浄ガス供給ポート、１５５…アプリケータチューブ、１５６…下の処理位置、１５７…上の装填位置、１６０…システムコントローラ、１６１…プロセッサ、１６２…メモリ、１７０…真空システム、１８０Ａ…ソースプラズマシステム、１８０Ｂ…バイアスプラズマシステム、４００…ガス分配器、４０２…ステム部分、４０４…らせん状ねじ山、４０６…横シート、４０８…シーリング部材、４１０…ガス偏向面、４１６…下面、４２０…ガス注入口、５１２…ガス通路、５１４…ガス排出口、５１６…ガス排出ポート、６００…ガス分配ブロック、６１０…冷却水取水ポート、６１２…冷却水排出ポート、６２０…ガス分配オリフィス、６３０…取付けフランジ、７１０…ステム部分、７１２…らせん状ねじ山、７２０…ガス分配オリフィス、８００…ガス分配ブロック、８０４…内面、８０６…ねじ山、８１０…外面、８１２…ギャップ、８１６…ねじ山、８２０…Ｏリング、８２２…横シート、８２６…ガス源、８３０…ガス注入口、８１２…ギャップ、８１８…ギャップ、８２２…横シート、８４０…ガス偏向面、９０４…らせん状ねじ山、９０８…横シート、９１０…シーリング部材、９２０…近位端、９２２…ガス通路、９２４…遠位端、９２８…ノズル本体、９３０…ステム部分、９３２…ステム部分、９４０…ギャップ、９４２…外面、９４４…内面、９５０…距離。
Claims (17)
- 半導体処理チャンバ内で用いるためのガス分配器であって、
ガス注入口と、
ガス排出口と、
内径及び外径を有するらせん状ねじ山部分と、
ガス注入口かららせん状ねじ山部分へと延びている第一円筒形ステム部分であって、該らせん状ねじ山部分の外径が該第一円筒形ステム部分の直径よりも大きい、第一円筒形ステム部分と、
外向きに放射状に延びているガス偏向面と該ガス偏向面から本体の反対側に配置された下面とを有する本体と、
該ガス偏向面に隣接する横シートであって、該横シートの外径が該らせん状ねじ山部分の外径よりも大きい、横シートと、
該らせん状ねじ山部分から該横シートへと延びている第二円筒形ステム部分と、
該ガス注入口から、該第一円筒形ステム部分と該らせん状ねじ山部分と該第二円筒形ステム部分と本体を通って該ガス排出口に延びているガス通路と、
を備えている前記ガス分配器。 - 該第一円筒形ステム部分の長さが０．２〜２．０インチである、請求項１記載のガス分配器。
- 該横シートがシーリング部材を保持するように適合される、請求項１記載のガス分配器。
- 該シーリング部材がＯリングである、請求項３記載のガス分配器。
- 該Ｏリングが、アルミニウム及びフルオロポリマー樹脂からなる群より選ばれる材料から製造される、請求項４記載のガス分配器。
- 該ガス分配器がアルミナである、請求項１記載のガス分配器。
- 基板処理システムであって、
中央円形開口部を含む内部上面を有する処理チャンバと、
該処理チャンバ内に配置された基板支持部材と、
該チャンバの該上面の該円形開口部を通って該基板支持部材に向かって延びているガス分配器であって、該ガス分配器が、
ガス注入口と、
ガス排出口と、
内径及び外径を有するらせん状ねじ山部分と、
ガス注入口かららせん状ねじ山部分へと延びている第一円筒形ステム部分であって、該らせん状ねじ山部分の外径が該第一円筒形ステム部分の直径よりも大きい、第一円筒形ステム部分と、
外向きに放射状に延びているガス偏向面と該ガス偏向面から本体の反対側に配置された下面とを有する本体と、
該ガス偏向面に隣接する横シートであって、該横シートの外径が該らせん状ねじ山部分の外径よりも大きい、横シートと、
該らせん状ねじ山部分から該横シートへと延びている第二円筒形ステム部分と、
該ガス注入口から、該第一円筒形ステム部分と該らせん状ねじ山部分と該第二円筒形ステム部分と本体を通って該ガス排出口へと延びているガス通路と、を備えているガス分配器と、
ガス分配器に外接するガス排出口と、
を備えている前記システム。 - 該チャンバの該上面の該中央円形開口部の上に横たわるガス分配ブロックを更に備え、該ガス分配ブロックが該ガス分配器の該第一円筒形ステム部分の該らせん状ねじ山部分にねじ結合するらせん状ねじ山を備えている、請求項７記載の装置。
- 該ガス分配ブロックが、該ガス分配器の該ガス注入口と流体で連通している第一ガス通路と該ガス分配器に外接する該ガス排出口と流体で連通している第二ガス通路を更に備えている、請求項８記載の装置。
- 該ガス分配ブロックが冷却水源に結合される、請求項９記載の装置。
- 第一圧力が該ガス分配器の該ガス注入口と流体で連通している該ガス通路に存在し、第二圧力が該処理チャンバの内部に存在する、請求項９記載の装置。
- 該第一圧力が該第二圧力より大きい、請求項１１記載の装置。
- 該第一圧力が約５トールであり、該第二圧力が約５ミリトールである、請求項１２記載の装置。
- 該処理チャンバが高密度プラズマチャンバである、請求項７記載の装置。
- 該横シートがシーリング部材を保持するように適合される、請求項７記載の装置。
- 該シーリング部材がＯリングである。請求項１５記載の装置。
- 該Ｏリングがアルミニウム及びフルオロポリマー樹脂からなる群より選ばれる材料から製造される、請求項１６記載の装置。
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