特許 7120992 調整可能なシャワーヘッド及び調整可能なライナを有する処理チャンバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】調整可能なシャワーヘッド及び調整可能なライナを有する処理チャンバ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220809BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20220809BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20220809BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20220809BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/205

H05H1/46 R

C23C16/455

C23C16/505

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019507855

(86)(22)【出願日】2017-08-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-09-19

(86)【国際出願番号】 US2017046268

(87)【国際公開番号】W WO2018034934

(87)【国際公開日】2018-02-22

【審査請求日】2020-07-29

(31)【優先権主張番号】62/374,837

(32)【優先日】2016-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/673,403

(32)【優先日】2017-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】グエン アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】チャン スー ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ワン ハイタオ

(72)【発明者】

【氏名】コー ケイ ユー

(72)【発明者】

【氏名】サドジャディ レザ

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５００６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１２０２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表平１０－５０８９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５０５８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２０１３－００５８８０２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４２４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２００３－００３０１００（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバであって、
シャワーヘッドと、
処理チャンバに取り外し可能に結合されたチャンバライナであって、管状の本体と、処理チャンバの壁上にチャンバライナを支持する下面を有する半径方向外側に延出する上部フランジを有するチャンバライナと、
前記シャワーヘッドのインピーダンスを調整するために前記シャワーヘッドに結合される第１のインピーダンス回路と、
前記チャンバライナのインピーダンスを調整するために前記チャンバライナに結合される第２のインピーダンス回路と、
前記シャワーヘッドと前記チャンバライナの相対インピーダンスを制御するために、互いに結合された前記第１及び第２のインピーダンス回路に結合されるコントローラとを備える処理チャンバ。

【請求項2】

前記シャワーヘッドと前記処理チャンバの壁との間に配置され、前記シャワーヘッドを前記処理チャンバから電気的に絶縁するための第１の絶縁リングを更に備える、請求項１記載の処理チャンバ。

【請求項3】

前記チャンバライナと前記処理チャンバの壁との間に配置され、前記チャンバライナを前記処理チャンバから電気的に絶縁する第２の絶縁リングを更に備える、請求項１記載の処理チャンバ。

【請求項4】

前記第１及び第２のインピーダンス回路の各々は、
第１の調節可能なコンデンサと、
第２の調節可能なコンデンサと、
インダクタ－抵抗（ＬＲ）直列回路とを備える、請求項１～３のいずれか１項記載の処理チャンバ。

【請求項5】

前記ＬＲ直列回路は前記第１の調節可能なコンデンサと直列に配置される、請求項４記載の処理チャンバ。

【請求項6】

第２の処理チャンバであって、
第２のシャワーヘッドと、
第２のチャンバライナと、
前記第２のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために第２のシャワーヘッドに結合される第３のインピーダンス回路と、
前記第２のチャンバライナのインピーダンスを調整するために前記第２のチャンバライナに結合される第４のインピーダンス回路と、
前記第２のシャワーヘッドと前記第２のチャンバライナとの相対インピーダンスを制御するために前記第３及び第４のインピーダンス回路に結合される第２のコントローラを備える第２の処理チャンバを更に備える、請求項１～３のいずれか１項記載の処理チャンバ。

【請求項7】

前記第２の処理チャンバを除く前記処理チャンバの残りの部分と前記第２の処理チャンバは、共用内壁によって分離されたタンデム処理チャンバの一部であり、前記第２の処理チャンバを除く前記処理チャンバの残りの部分及び前記第２の処理チャンバは共に中央ポンピングプレナムを介して共用ポンプに流体的に連結される、請求項６記載の処理チャンバ。

【請求項8】

前記処理チャンバ及び前記第２の処理チャンバは共にエッチングチャンバである、請求項６記載の処理チャンバ。

【請求項9】

前記処理チャンバ及び前記第２の処理チャンバは共に堆積チャンバである、請求項６記載の処理チャンバ。

【請求項10】

前記第２のシャワーヘッドと前記第２の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第２のシャワーヘッドを前記第２の処理チャンバから電気的に絶縁する第３の絶縁リングを更に含む、請求項６記載の処理チャンバ。

【請求項11】

前記第２のチャンバライナと前記第２の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第２のチャンバライナを前記第２の処理チャンバから電気的に絶縁する第４の絶縁リングを更に備える、請求項６記載の処理チャンバ。

【請求項12】

タンデム処理チャンバであって、
第１の処理チャンバであって、
第１のシャワーヘッドと、
前記第１の処理チャンバに取り外し可能に結合された第１のチャンバライナであって、管状の本体と、第１の処理チャンバの壁上に第１のチャンバライナを支持する下面を有する半径方向外側に延出する上部フランジを有する第１のチャンバライナと、
前記第１のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために前記第１のシャワーヘッドに結合される第１のインピーダンス回路と、
前記第１のチャンバライナのインピーダンスを調整するために前記第１のチャンバライナに結合される第２のインピーダンス回路と、
前記第１のシャワーヘッドと前記第１のチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために、互いに結合された前記第１及び第２のインピーダンス回路に結合される第１のコントローラとを備える第１の処理チャンバと、
第２の処理チャンバであって、
第２のシャワーヘッドと、
前記第２の処理チャンバに取り外し可能に結合された第２のチャンバライナであって、管状の本体と、第２の処理チャンバの壁上に第２のチャンバライナを支持する下面を有する半径方向外側に延出する上部フランジを有する第２のチャンバライナと、
前記第２のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために前記第２のシャワーヘッドに結合される第３のインピーダンス回路と、
前記第２のチャンバライナのインピーダンスを調整するために前記第２のチャンバライナに結合される第４のインピーダンス回路と、
前記第２のシャワーヘッドと前記第２のチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために、互いに結合された前記第１及び第２のインピーダンス回路に結合される第２のコントローラとを備える第２の処理チャンバとを含むタンデム処理チャンバ。

【請求項13】

前記第１のシャワーヘッドと前記第１の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第１のシャワーヘッドを前記第１の処理チャンバから電気的に絶縁する第１の絶縁リングと、
前記第２のシャワーヘッドと前記第２の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第２のシャワーヘッドを前記第２の処理チャンバから電気的に絶縁する第３の絶縁リングとを更に備える、請求項１２記載のタンデム処理チャンバ。

【請求項14】

前記第１のチャンバライナと前記第１の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第１のチャンバライナを前記第１の処理チャンバから電気的に絶縁する第２の絶縁リングと、
前記第２のチャンバライナと前記第２の処理チャンバの壁との間に配置され、前記第２のチャンバライナを前記第２の処理チャンバから電気的に絶縁する第４の絶縁リングとを更に備える、請求項１２又は１３記載のタンデム処理チャンバ。

【発明の詳細な説明】

【分野】

【0001】

本開示の実施形態は、概して、基板を処理するための方法及び装置に関する。

【背景】

【0002】

基板のエッチング又はプラズマアシスト化学気相堆積（ＰＣＶＤ）の間、処理チャンバの非対称性及びプラズマの非線形性（即ち、スキュー）は、基板上でのエッチング速度又は堆積の均一性に悪影響を及ぼす。

【0003】

従って、本発明者らは改良された処理チャンバを提供した。

【概要】

【0004】

調整可能なコンポーネントを有する処理チャンバが本明細書に開示されている。いくつかの実施形態では、処理チャンバはシャワーヘッド、チャンバライナ、シャワーヘッドのインピーダンスを調整するためにシャワーヘッドに結合される第１のインピーダンス回路、チャンバライナのインピーダンスを調整するためにチャンバライナに結合される第２のインピーダンス回路、シャワーヘッドとチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために第１及び第２のインピーダンス回路に結合されるコントローラを含む。

【0005】

いくつかの実施形態では、タンデム処理チャンバは第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとを含む。第１の処理チャンバは、第１のシャワーヘッド、第１のチャンバライナ、第１のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために第１のシャワーヘッドに結合される第１のインピーダンス回路、第１のチャンバライナのインピーダンスを調整するために第１のチャンバライナに結合される第２のインピーダンス回路、第１のシャワーヘッド及び第１のチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために第１及び第２のインピーダンス回路に結合される第１のコントローラを含む。第２の処理チャンバは、第２のシャワーヘッド、第２のチャンバライナ、第２のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために第２のシャワーヘッドに結合される第３のインピーダンス回路、第２のチャンバライナのインピーダンスを調整するために第２のチャンバライナに結合される第４のインピーダンス回路、第２のシャワーヘッド及び第２のチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために第３及び第４のインピーダンス回路に結合される第２のコントローラを含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、タンデム処理チャンバは第１の処理チャンバと第２の処理チャンバを含む。第１の処理チャンバは、第１のシャワーヘッド、第１のシャワーヘッドを第１の処理チャンバから電気的に絶縁するために第１のシャワーヘッド、第１の処理チャンバの壁との間に配置される第１の絶縁リング、第１のチャンバライナ、第１のチャンバライナを第１の処理チャンバから電気的に絶縁するために第１のチャンバライナと第１の処理チャンバの壁との間に配置される第２の絶縁リング、第１のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために第１のシャワーヘッドに結合される第１のインピーダンス回路、第１のチャンバライナのインピーダンスを調整するために第１のチャンバライナに結合される第２のインピーダンス回路、第１のシャワーヘッドと第１のチャンバライナの相対インピーダンスを制御するために第１及び第２のインピーダンス回路に結合される第１のコントローラを含む。第２の処理チャンバは、第２のシャワーヘッド、第２のシャワーヘッドを第２の処理チャンバから電気的に絶縁するために第２のシャワーヘッドと第２の処理チャンバの壁との間に配置される第３の絶縁リング、第２のチャンバライナ、第２のチャンバライナを第２の処理チャンバから電気的に絶縁するために、第２のチャンバライナと第２の処理チャンバの壁との間に配置される第４の絶縁リング、第２のシャワーヘッドのインピーダンスを調整するために第２のシャワーヘッドに結合される第３のインピーダンス回路、第２のチャンバライナのインピーダンスを調整するために第２のチャンバライナに結合される第４のインピーダンス回路、第２のシャワーヘッドと第２のチャンバライナとの相対インピーダンスを制御するために第１及び第２のインピーダンス回路に結合される第２のコントローラを含む。第１、第２、第３、及び第４のインピーダンス回路の各々は、第１の調整可能なコンデンサ、第２の調整可能なコンデンサ、及び第１の調整可能なコンデンサと直列に配置されたインダクタ－抵抗（ＬＲ）直列回路を含む。

【0007】

本開示の他の及び更なる実施形態を以下で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

上記で簡潔に要約し、以下でより詳細に説明する本開示の実施形態は、添付図面に示された本開示の例示的実施形態を参照して理解することができる。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、範囲を制限していると解釈すべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含むことができる。

【図1】本開示のいくつかの実施形態による処理チャンバの概略図を示す。

【図2】本開示のいくつかの実施形態による処理チャンバに結合される回路の概略図を示す。

【図3A】～

【図3C】図２の処理チャンバ内のプラズマ挙動の様々なシナリオを示す。

【0009】

理解を促進するために、図面に共通の同一の要素を示す際には、可能な限り同一の参照番号を使用している。図面は一定の縮尺では描かれておらず、明確化のために簡略化される場合もある。一実施形態の要素及びフィーチャは、更に記載することなく他の実施形態に有益に組み込むことができる。

【詳細な説明】

【0010】

本開示の実施形態は、概して、調整可能なコンポーネントを有する処理チャンバに関する。本発明の処理チャンバの実施形態はシャワーヘッドとライナを含み、両者は独立して調整可能である。本発明のチャンバにより、処理チャンバ内のプラズマ分布のより広範な制御が効果的に可能になるので、被処理基板上での不均一なエッチング又は堆積が軽減される。

【0011】

図１は、本開示のいくつかの実施形態により、本発明の第１及び第２のシャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂ並びに第１及び第２のチャンバライナ１０４Ａ、１０４Ｂを使用することができる例示的処理チャンバ（例えば、第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１）の概略図を示す。いくつかの実施形態では、第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１はエッチングチャンバであってもよい。いくつかの実施形態では、第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１は、代替的に、堆積チャンバであってもよい。それぞれの第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１の各々は、側壁１０５Ａ、１０５Ｂ、共用内壁１０３、及び底部１１３を有するチャンバ本体を含む。第１のタンデム処理チャンバ１００の側壁１０５Ａ、共用内壁１０３、及びシャワーヘッド１０２Ａにより、第１の基板支持体１１２Ａが配置される第１の処理領域１０６が画定される。第２のタンデム処理チャンバ１０１の側壁１０５Ｂ、共用内壁１０３、及びシャワーヘッド１０２Ｂにより、第２の基板支持体１１２Ｂが配置される第２の処理領域１０８が画定される。共用内壁１０３はそれぞれの第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１との間で共有され、当該内壁１０３により処理領域１０６、１０８の処理環境が互いに隔離される。したがって、共用内壁１０３の下部により、それぞれの第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１が互いに連通することが可能になるので、処理は隔離されているが、それぞれのタンデム処理チャンバ１００、１０１内に画定された処理領域１０６、１０８は共通の圧力を共有することができる。共用内壁１０３の下部は、共用ポンプ１１９と流体的に結合された中央ポンピングプレナム１１７によって画定される。第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１の各々は、それぞれのチャンバの上に配置されたシャワーヘッドアセンブリを収容するためのアダプタ１０９Ａ、１０９Ｂを更に含む。

【0012】

各シャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂは、ガス源（図示せず）からのガスをそれぞれの処理領域１０６、１０８内に分配するように構成される。シャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれのＲＦ整合ネットワーク１２２Ａ、１２２Ｂを介してそれぞれのＲＦ電源１２０Ａ、１２０Ｂに結合されて、それぞれの処理領域１０６、１０８内にプラズマを形成する。各シャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂをチャンバの残りの部分から確実に電気的に絶縁した状態とするために、第１及び第３の絶縁リング１１０Ａ、１１０Ｂがそれぞれ第１及び第２のシャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂの下に配置される。更に、シャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂはそれぞれ第１及び第３のインピーダンス回路１１４Ａ、１１４Ｂに結合されて、対応するシャワーヘッドのインピーダンスを調整することが可能になり、したがってプラズマのより広範な制御が可能になる。

【0013】

チャンバの整備（即ち、洗浄）時間の短縮に役立つために、チャンバライナ１０４Ａ、１０４Ｂは取り外し可能であってもよい。更に、本発明のチャンバライナ１０４Ａ、１０４Ｂは、第２及び第４のインピーダンス回路１１６Ａ、１１６Ｂにそれぞれ結合されて、対応するチャンバライナのインピーダンスを調整することが可能になり、したがってプラズマの更に広範な制御が可能になる。第１及び第２のチャンバライナ１０４Ａ、１０４Ｂは、それぞれ第２及び第４の絶縁リング１１８Ａ、１１８Ｂの上に配置され、ライナはチャンバから電気的に絶縁される。

【0014】

基板支持体１１２Ａ、１１２Ｂが処理位置にあるとき、それぞれの第１及び第２のタンデム処理チャンバ１００、１０１及び基板支持体１１２Ａ、１１２Ｂの上部は、一般的に、それぞれの絶縁された処理領域１０６、１０８を画定し、それぞれのタンデム処理チャンバ１００、１０１の各々の間で処理の隔離を行う。したがって、側壁１０５Ａ、１０５Ｂ、共用内壁１０３、基板支持体１１２Ａ、１１２Ｂ、及び蓋は、相まって、処理領域１０６、１０８の間で処処理の隔離を行う。

【0015】

処理領域１０６、１０８内のプラズマの形状を制御するために、第１及び第２のインピーダンス回路及び第３及び第４のインピーダンス回路を使用して、シャワーヘッド１０２Ａ、１０２Ｂ及びチャンバライナ１０４Ａ、１０４Ｂのインピーダンスを独立して調整することができる。第１及び第２のインピーダンス回路及び第３及び第４のインピーダンス回路をシャワーヘッド及び対応するライナの相対インピーダンスを制御するコントローラ１２５Ａ、１２５Ｂに結合し、所望のプラズマ形状を得ることができる。即ち、シャワーヘッド及びライナのインピーダンスを独立して制御し、シャワーヘッドとライナとの間のプラズマ電流の分担を決定する。したがって、第１及び第２のインピーダンス回路を、マスターとスレーブの関係で構成することができる。

【0016】

図２は、第１のタンデム処理チャンバ１００の例示的な電気回路と、対応する第１及び第２のインピーダンス回路１１４Ａ、１１６Ａを示す。第３及び第４のインピーダンス回路１１４Ｂ、１１６Ｂは、第１及び第２のインピーダンス回路１１４Ａ、１１６Ａと実質的に同様である。図２に示すように、各インピーダンス回路は、第１の調整可能なコンデンサＣ１と第２の調整可能なコンデンサＣ２とを含む。各インピーダンス回路は、第１の調整可能なコンデンサＣ１と直列にＬＲ直列回路２０２（即ち、インダクタ－抵抗直列回路）を任意に含むことができる。しかしながら、コンデンサ、抵抗、又は導体のバリエーションを利用し、シャワーヘッド及びライナの所望の相対インピーダンスを得ることができる。

【0017】

図３Ａから３Ｃは、３つのシナリオにおいてチャンバ内に形成されるプラズマの形状の概略図を示す。第１のシナリオ（図３Ａ）では、シャワーヘッドのインピーダンスはライナのインピーダンスよりも大きい。結果として、プラズマ電流は基板支持体からライナへ延びる。第１のシナリオにおけるプラズマの形状は、被処理基板の端部における不均一性に対処する際に効果的であり得る。第２のシナリオ（図３Ｂ）では、シャワーヘッドのインピーダンスはライナのインピーダンスに等しい。結果として、プラズマは処理領域内に均一に分布する。第３のシナリオ（図３Ｃ）では、シャワーヘッドのインピーダンスはライナのインピーダンスよりも小さい。結果として、プラズマ電流は基板支持体からシャワーヘッドへ延びる。第３のシナリオにおけるプラズマの形状は、被処理基板の中心における不均一性に対処する際に効果的であり得る。

【0018】

前記の説明はタンデム処理チャンバに関して行われたが、調整可能シャワーヘッド及び調整可能ライナを、プラズマの操作が望ましい任意の処理チャンバにおいて利用することができる。

【0019】

上記は本開示のいくつかの実施形態を対象としているが、他の及び更なる実施形態も本開示の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】