特許 7404445 ホール効果が促進された容量結合プラズマ源、軽減システム、および真空処理システム

(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】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】ホール効果が促進された容量結合プラズマ源、軽減システム、および真空処理システム

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231218BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231218BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231218BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 M

H01L21/302 101G

H01L21/31 C

C23C16/50

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022096473

(22)【出願日】2022-06-15

(62)【分割の表示】P 2020123507の分割

【原出願日】2015-02-09

(65)【公開番号】P2022140436

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2022-07-14

(31)【優先権主張番号】14/199,974

(32)【優先日】2014-03-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/050,555

(32)【優先日】2014-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】14/498,920

(32)【優先日】2014-09-26

(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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】コックス マイケル エス

(72)【発明者】

【氏名】ワン ロンピン

(72)【発明者】

【氏名】ウェスト ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン ロジャー エム

(72)【発明者】

【氏名】ディッキンソン コリン ジョン

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０２６９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８６５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０６３８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８２４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２５１９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２８７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６８８８０４０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軽減システムであって、
第１の板と、第２の板であって、前記第１の板が第２の板に平行である第２の板と、第１の端部と、第２の端部とを備えた本体であって、前記第１の端部がフォアラインに結合されるように構成される本体と、
前記第１の板に隣接して配置される第１のシールドと、
前記第２の板に隣接して配置される第２のシールドと
を備えるプラズマ源であって、前記第１のシールドと前記第２のシールドはそれぞれ、板のスタックを備え、前記第１及び第２のシールドの板は、環状であり、それぞれの板のスタックの各板は、内側エッジ及び外側エッジを有しており、各板は、前記内側エッジと前記外側エッジの間に異なる距離を有しており、
更に、前記本体に配置される電極
を備えるプラズマ源と、
前記プラズマ源に結合される排気冷却装置と
を備えた軽減システム。

【請求項2】

前記プラズマ源は、更に、
前記本体の前記第１の板上に配置される第１の複数の磁石と、
前記本体の前記第２の板上に配置される第２の複数の磁石と
を備えた請求項１に記載の軽減システム。

【請求項3】

前記排気冷却装置は、
前記プラズマ源に結合するように構成される第１の端部と、
導管に結合するように構成される第２の端部であって、前記第１の端部と前記第２の端部の間に空洞が形成される、第２の端部と、
前記空洞に配置される冷却板と
を備えた請求項１に記載の軽減システム。

【請求項4】

冷却板は、複数の孔を備える、請求項３に記載の軽減システム。

【請求項5】

真空処理システムであって、
真空プラズマ処理チャンバと、
前記真空プラズマ処理チャンバにフォアラインを介して結合されるプラズマ源であって、
第１の板と、第２の板であって、前記第１の板が第２の板に平行である第２の板と、第１の端部と第２の端部とを備える本体であって、前記第１の端部が前記フォアラインに結合されるように構成される、本体と、
前記第１の板に隣接して配置される第１のシールドと、
前記第２の板に隣接して配置される第２のシールドと
を備え、前記第１のシールドと前記第２のシールドはそれぞれ、板のスタックを備え、それぞれの板のスタックの各板は、内側エッジ及び外側エッジを有しており、各板は、前記内側エッジと前記外側エッジの間に異なる距離を有しており、
更に、前記本体に配置される電極
を備えたプラズマ源と、
前記プラズマ源に結合される排気冷却装置と
を備えた真空処理システム。

【請求項6】

更に、前記フォアライン及び／又は前記プラズマ源に結合される軽減試薬源を備える、請求項５に記載の真空処理システム。

【請求項7】

更に、前記排気冷却装置に結合される排気導管に結合される圧力調整モジュールを備える、請求項５に記載の真空処理システム。

【請求項8】

前記プラズマ源は、更に、
前記本体の前記第１の板上に配置される第１の複数の磁石と、
前記本体の前記第２の板上に配置される第２の複数の磁石と
を備える請求項５に記載の真空処理システム。

【請求項9】

前記排気冷却装置は、
前記プラズマ源に結合するように構成される第１の端部と、
導管に結合するように構成される第２の端部であって、前記第１の端部と前記第２の端部の間に空洞が形成される、第２の端部と、
前記空洞に配置される冷却板と
を備える請求項５に記載の真空処理システム。

【請求項10】

冷却板は、複数の孔を備える、請求項９に記載の真空処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理機器に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、半導体プロセス内で生じる化合物を軽減するプラズマ源、軽減システム、および真空処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体処理設備によって使用されるプロセスガスは、規制要件ならびに環境および安全上の問題のため、処分前に軽減または処置されなければならない多くの化合物を含む。典型的には、処理チャンバからくる化合物を軽減するために、処理チャンバに遠隔プラズマ源を結合することができる。エッチングまたは洗浄プロセスでは、ハロゲン含有プラズマおよびガスが使用されることが多く、処理チャンバおよび遠隔プラズマ源の構成要素は、ハロゲン含有プラズマおよびガスからの浸食の影響を受けやすい。浸食は、処理チャンバ構成要素および遠隔プラズマ源の耐用寿命を低減させ、それに加えて、望ましくない欠陥および汚染を処理環境内に持ち込む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって、当技術分野で必要とされているのは、半導体プロセスで生じる化合物を軽減する改善されたプラズマ源および軽減システムである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本明細書に開示する実施形態は、半導体プロセスで生じる化合物を軽減するプラズマ源、軽減システム、および真空処理システムを含む。一実施形態では、プラズマ源が開示される。プラズマ源は、外側エッジおよび内側エッジを有する第１の板と、第１の板に平行であり、外側エッジおよび内側エッジを有する第２の板と、第１および第２の板の外側エッジ間に配置された外壁と、第１および第２の板の内側エッジ間に配置された電極と、第１の板上に配置された第１の複数の磁石と、第２の板上に配置された第２の複数の磁石とを含む。
別の実施形態では、軽減システムが開示される。軽減システムは、第１の端部および第２の端部を有する本体を含むプラズマ源を含み、第１の端部は、フォアラインに結合するように構成され、第２の端部は、導管に結合するように構成される。プラズマ源は、本体内に配置された電極と、本体の第１の板上に配置された第１の複数の磁石と、本体の第２の板上に配置された第２の複数の磁石とをさらに含む。
別の実施形態では、真空処理システムが開示される。真空処理システムは、真空処理チャンバと、プラズマ源であって、外側エッジおよび内側エッジを有する第１の板、第１の板に平行であり、外側エッジおよび内側エッジを有する第２の板、第１および第２の板の外側エッジ間に配置された外壁、第１および第２の板の内側エッジ間に配置された電極、第１の板上に配置された第１の複数の磁石、ならびに第２の板上に配置された第２の複数の磁石を含むプラズマ源とを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、いくつかを添付の図面に示す実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1A】プラズマ源を有する真空処理システムの概略側面図である。

【図1B】図１Ａのプラズマ源の断面図である。

【図2A】プラズマ源の横断面斜視図である。

【図2B】プラズマ源の横断面底面図である。

【図2C】金属シールドの拡大図である。

【図3】プラズマ源の斜視図である。

【図4】プラズマ源に付随する構成要素を示す概略図である。

【図5】排気冷却装置の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して図に共通の同一の要素を指す。一実施形態の要素および特徴は、さらに記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図される。
図１Ａは、軽減システム１９３内で利用されるプラズマ源１００を有する真空処理システム１７０の概略側面図である。真空処理システム１７０は、少なくとも、真空処理チャンバ１９０およびプラズマ源１００を含む。軽減システム１９３は、少なくとも、プラズマ源１００を含む。真空処理チャンバ１９０は概して、堆積プロセス、エッチングプロセス、プラズマ処置プロセス、事前洗浄プロセス、イオン注入プロセス、または他の集積回路製造プロセスなど、少なくとも１つの集積回路製造プロセスを実行するように構成される。真空処理チャンバ１９０内で実行されるプロセスは、プラズマ支援型とすることができる。たとえば、真空処理チャンバ１９０内で実行されるプロセスは、シリコンベースの材料を堆積させるプラズマ堆積プロセスとすることができる。

【0007】

真空処理チャンバ１９０は、フォアライン１９２を介して軽減システム１９３のプラズマ源１００に結合されたチャンバ排気口１９１を有する。プラズマ源１００の排気は、排気導管１９４によって、図１Ａに単一の参照番号１９６で概略的に示すポンプおよび排気設備に結合される。ポンプは、概して、真空処理チャンバ１９０を排気するために利用され、排気設備は、概して、真空処理チャンバ１９０の排出物を大気中に送り出す準備をするスクラバまたは他の排気洗浄装置を含む。
プラズマ源１００は、真空処理チャンバ１９０から出るガスおよび／または他の材料上で軽減プロセスを実行するために利用され、その結果、そのようなガスおよび／または他の材料を、より環境および／またはプロセス機器に優しい組成物に変換することができる。プラズマ源１００の詳細については、以下でさらに説明する。

【0008】

いくつかの実施形態では、フォアライン１９２および／またはプラズマ源１００に軽減試薬源１１４が結合される。軽減試薬源１１４は、プラズマ源１００内へ軽減試薬を提供し、真空処理チャンバ１９０から出る材料と反応するように、または他の方法でそれらの材料をより環境および／もしくはプロセス機器に優しい組成物に変換するのを助けるように、軽減試薬にエネルギーを与えることができる。任意選択で、プラズマ源１００内の構成要素上の堆積を低減させるために、プラズマ源１００にパージガス源１１５を結合することができる。
プラズマ源１００と排気導管１９４との間には、プラズマ源１００からくる排気の温度を低減させるために、排気冷却装置１１７を結合することができる。一例では、排気冷却装置１１７は、軽減システム１９３の一部である。

【0009】

任意選択で、プラズマ源１００または排気導管１９４の少なくとも１つに圧力調整モジュール１８２を結合することができる。圧力調整モジュール１８２は、プラズマ源１００内の圧力をより良好に制御することを可能にするＡｒ、Ｎ、または他の適したガスなどの圧力調整ガスを注入し、それによってより効率的な軽減性能を提供する。一例では、圧力調整モジュール１８２は、軽減システム１９３の一部である。
図１Ｂは、一実施形態によるプラズマ源１００の側面図である。プラズマ源１００は、真空処理チャンバ１９０の下流に配置することができる。プラズマ源１００内で生成されるプラズマは、真空処理チャンバ１９０からくる排出物中の化合物にエネルギーを与え、かつ／または排出物中の化合物を部分的もしくは完全に解離し、排出物中の化合物をより環境に優しい形態へ変換する。一実施形態では、高密度のプラズマを生じさせる能力のため、プラズマ源１００は、処理チャンバの上流に配置された遠隔プラズマ源として、分子種または原子種、高密度のプラズマなどのプラズマの生成物を処理チャンバ内へ送出するように作用することができる。

【0010】

プラズマ源１００は、第１の端部１０４および第２の端部１０６を有する本体１０２を含むことができる。第１の端部１０４は、第２の端部１０６に平行とすることができる。第１の端部１０４は、フランジの有無にかかわらずフォアライン１９２に結合するように構成された開口１２０を有することができ、第２の端部１０６は、フランジに有無にかかわらず排気冷却装置１１７に結合するように構成された開口１２２を有することができる。フランジについては、図３を参照して以下でさらに図示および説明する。本体１０２は、円形、正方形、方形、または他の適した形状とすることができる。一実施形態では、本体１０２は、環状面の形状を有する。本体１０２を通って、開口１０８を形成することができる。開口１０８は、円形、正方形、方形、または他の適した形状とすることができる。一実施形態では、本体１０２は環状である。他の実施形態では、本体１０２は、開口１０８を含まない。

【0011】

真空処理チャンバ１９０から出る排出物中の副生成物、またはプラズマ源１００が遠隔プラズマ源である例では、遠隔プラズマを生成する前駆体および／もしくはキャリアガスなどの混合ガス１１０は、第１の端部１０４に位置する開口１２０を通ってプラズマ源１００に入ることができる。混合ガス１１０は、プラズマ領域１２４内に形成されるプラズマによって解離し、軽減剤によって処置することができ、有害性の低い材料として、第２の端部１０６に位置する開口１２２を通って出ることができる。混合ガス１１０は、図１Ｂに経路「Ａ」によって示すように、開口１０８によって２つの流れ１１０Ａおよび１１０Ｂに分割することができ、次いで本体１０２から出るときに合流して流れ１１０Ｃになることができる。混合ガス１１０が真空処理チャンバから出る排出物中の副生成物である場合、図１Ａに示す軽減試薬源１１４からプラズマ源１００内へ、１つまたは複数の軽減剤を導入することができる。排出物中の副生成物は、シリコン、タングステン、チタン、またはアルミニウムを含有する材料を含むことがある。本明細書に開示するプラズマ源１００を使用して軽減することができる排出物中に存在するシリコン含有物質例には、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、シラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆）、ビス（ｔ－ブチルアミノ）シラン、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、テトラシリルメタン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＥｔ）₄）、ジシロキサン（ＳｉＨ₃ＯＳｉＨ₃）、トリシロキサン（ＳｉＨ₃ＯＳｉＨ₂ＯＳｉＨ₃）、テトラシロキサン（ＳｉＨ₃ＯＳｉＨ₂ＯＳｉＨ₂ＯＳｉＨ₃）、およびシクロトリシロキサン（－ＳｉＨ₂ＯＳｉＨ₂ＯＳｉＨ₂Ｏ－）などのジシロキサンが含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる排出物中に存在するタングステン含有物質の例には、たとえば、Ｗ（ＣＯ）₆、ＷＦ₆、ＷＣｌ₆、またはＷＢｒ₆が含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる排出物中に存在するチタン含有物質の例には、たとえば、ＴｉＣｌ₄およびＴｉＢｒ₄が含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる排出物中に存在するアルミニウム含有物質の例には、たとえば、トリメチルアルミニウムが含まれる。

【0012】

軽減剤は、たとえば、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｆ₂、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＣＨ₄、およびこれらの組合せを含むことができる。軽減剤はまた、ＣＨ_xＦ_yとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せならびにＣＦ_xとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せを含むことができる。異なる組成物を有する排出物のために異なる軽減剤を使用することもできる。

【0013】

図２Ａは、一実施形態によるプラズマ源１００の横断面斜視図である。図２Ａに示すように、本体１０２は、外壁２０４、内壁２０６、第１の板２０３、および第２の板２０５を含むことができる。第１の板２０３および第２の板２０５は、リング形状を有することができ、外壁２０４および内壁２０６は、円筒形とすることができる。内壁２０６は、ＲＦ源（図示せず）に結合することができる中空の電極とすることができる。外壁２０４は、接地させることができる。第１の板２０３および第２の板２０５は、内壁２０６と同心円状とすることができる。第１の板２０３は、外側エッジ２０７および内側エッジ２０９を有することができ、第２の板２０５は、外側エッジ２１１および内側エッジ２１３を有することができる。外壁２０４は、第１の端部２１２および第２の端部２１４を有することができ、内壁２０６は、第１の端部２１６および第２の端部２１８を有することができる。内壁２０６の第１の端部２１６に隣接して、第１の絶縁リング２３０を配置することができ、内壁２０６の第２の端部２１８に隣接して、第２の絶縁リング２３２を配置することができる。絶縁リング２３０、２３２は、絶縁セラミック材料から作ることができる。第１の板２０３の外側エッジ２０７は、外壁２０４の第１の端部２１２に隣接することができ、第２の板２０５の外側エッジ２１１は、外壁２０４の第２の端部２１４に隣接することができる。一実施形態では、外壁２０４の端部２１２、２１４は、それぞれ外側エッジ２０７、２１１に接触する。第１の板２０３の内側エッジ２０９は、第１の絶縁リング２３０に隣接することができ、第２の板２０５の内側エッジ２１３は、第２の絶縁リング２３２に隣接することができる。外壁２０４と内壁２０６との間で第１の板２０３と第２の板２０５との間にプラズマ領域１２４が画定され、プラズマ領域１２４内に容量結合プラズマを形成することができる。

【0014】

動作中に内壁２０６を低温で保つために、冷却ジャケット２２０を内壁２０６に結合することができる。内壁２０６は、外壁２０４に面する第１の表面２４２と、第１の表面とは反対の第２の表面２４４とを有することができる。一実施形態では、表面２４２、２４４はどちらも直線であり、冷却ジャケット２２０は、第２の表面２４４に結合される。一実施形態では、図２Ｂに示すように、第１の表面２４２は湾曲し、第２の表面２４４は直線である。冷却ジャケット２２０内には冷却チャネル２０８を形成することができ、冷却チャネル２０８は、冷却ジャケット２２０内との間で水などの冷却剤を流入および流出させるために、冷却剤入口２１７および冷却剤出口２１９に結合される。第１の板２０３上には、第１の複数の磁石２１０を配置することができる。一実施形態では、第１の複数の磁石２１０は、磁石のアレイを有するマグネトロンとすることができ、環状の形状を有することができる。第２の板２０５上には、第２の複数の磁石２４０を配置することができ、第２の複数の磁石２４０は、磁石のアレイを有するマグネトロンとすることができ、第１の複数の磁石２１０と同じ形状を有することができる。一実施形態では、第２の複数の磁石２４０はマグネトロンであり、環状の形状を有する。一実施形態では、磁石２１０、２４０は、端部１０４、１０６付近に形成された直線のアレイである。磁石２１０、２４０は、プラズマ領域１２４に面して反対の極性を有することができる。磁石２１０、２４０は、ネオジムセラミック磁石などの希土類磁石とすることができる。第１の板２０３または第１の板２０３および第２の板２０５上には、軽減剤および／またはパージングガスを注入するために、１つまたは複数のガス注入ポート２７０を形成することができる。パージガスは、シールド２５０、２５２（図２Ｂに示す）上の堆積を低減させることができる。ガス注入ポート２７０は、別法として、フォアライン１９２内に形成することができる。

【0015】

図２Ｂは、一実施形態によるプラズマ源１００の横断面底面図である。図２Ｂに示すように、内壁２０６の第１の表面２４２上には、複数の溝２４６が配置される。溝２４６は、連続するトレンチとすることができる。図２Ｂに示す第１の表面２４２は湾曲しているが、溝２４６は、図２Ａに示すように、直線の第１の表面２４２上に形成することができる。動作中、内壁２０６は無線周波（ＲＦ）電源によって給電され、外壁２０４は接地され、印加される電力のタイプ、ＲＦもしくは直流（ＤＣ）またはその間の何らかの周波数に応じて、発振しまたは一定である電界「Ｅ」を、プラズマ領域１２４内に形成する。また、両極性ＤＣおよび両極性パルスＤＣ電力を使用することができ、内壁および外壁は、２つの反対の電極を形成する。磁石２１０、２４０は、電界「Ｅ」に実質上直交するほぼ均一の磁界「Ｂ」をもたらす。この構成では、その結果得られる力により、普通なら電界「Ｅ」をたどるはずの電流が、端部１０６の方へ（紙面から出る方向に）湾曲し、この力は、プラズマ電子損失を接地壁に制限することによって、プラズマ密度を著しく上昇させる。ＲＦ電力が印加される場合、発振する環状の電流が、主として接地壁から離れる方へ誘導されるはずである。ＤＣ電力が印加される場合、一定の環状の電流が、主として接地壁から離れる方へ誘導されるはずである。こうして印加電界から電流が発散する効果は、「ホール効果」として知られている。プラズマ領域１２４内に形成されるプラズマは、第１の端部１０４の開口１２０から流れる排出物中の副生成物の少なくとも一部分を解離する。また、軽減剤を注入して、解離されたものと反応させ、有害性の低い化合物を形成することができる。一実施形態では、排出物はシランを含有し、軽減剤は、排出物中のシランをガラスに変える水または酸素とすることができる。

【0016】

プラズマ領域１２４内で第１の板２０３に隣接して、第１の金属シールド２５０を配置することができ、プラズマ領域１２４内で第２の板２０５に隣接して、第２の金属シールド２５２を配置することができ、プラズマ領域内で外壁２０４に隣接して、第３の金属シールド２５９を配置することができる。シールド２５０、２５２、２５９は、その上に物質を堆積させることができるため、取り外し可能、交換可能、および／または再利用可能とすることができる。第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２は、類似の構成を有することができる。一実施形態では、第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２はどちらも、環状の形状を有する。第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２はそれぞれ、互いから相互に分離された金属板２５４ａ～２５４ｅのスタックを含む。各金属板２５４ａ～２５４ｅ内には、金属板２５４ａ～２５４ｅを変形させることなく膨張を可能にするために、１つまたは複数の間隙２７２（図２Ａに示す）を形成することができる。図２Ｃは、一実施形態による金属シールド２５０の拡大図である。分かりやすくする目的で、１つまたは複数のガス注入ポート２７０など、プラズマ源１００のいくつかの構成要素が省略されている。各板２５４ａ～２５４ｅは、環状とすることができ、内側エッジ２５６および外側エッジ２５８を有することができる。金属板２５４ａ～２５４ｅは、シールド表面の放射率を変化させるように被覆することができる。被覆は、耐薬品性、放射伝熱、および応力低減を改善するために、陽極酸化材料とすることができる。一実施形態では、金属板２５４ａ～２５４ｅは、黒色の酸化アルミニウムで被覆される。金属板２５４ａの内側部分２７４は、アーク放電の防止および寸法の安定性のために、セラミック材料から作ることができる。板２５４ａ～２５４ｅの内側エッジ２５６は、絶縁ワッシャ２６０によって互いから分離され、したがって板２５４ａ～２５４ｅは互いから相互に分離される。ワッシャ２６０はまた、板２５４ｅを第１の板２０３から分離する。金属板２５４ａ～２５４ｅのスタックは、１つまたは複数のセラミックロッドまたはスペーサ（図示せず）によって固定することができる。１つまたは複数のセラミックロッドは、金属板２５４ａ～２５４ｅのスタックおよびワッシャを貫通することができ、各ロッドの一方の端部は、内壁２０６に結合され、各ロッドの他方の端部は、第１の板２０３／第２の板２０５に結合される。

【0017】

一実施形態では、板２５４ａの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ１」は、板２５４ｂの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ２」より小さく、距離「Ｄ２」は、板２５４ｃの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ３」より小さく、距離「Ｄ３」は、板２５４ｄの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ４」より小さく、距離「Ｄ４」は、板２５４ｅの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ５」より小さい。言い換えれば、内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離は、板の位置に関係し、すなわち、板がプラズマ領域２８４から遠くに配置されるほど、内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離がより大きくなる。この構成では、内壁２０６と板２５４ａの外側エッジ２５８との間、板２５４ａの外側エッジ２５８と板２５４ｂの外側エッジ２５８との間、板２５４ｂの外側エッジ２５８と板２５４ｃの外側エッジ２５８との間、板２５４ｃの外側エッジ２５８と板２５４ｄの外側エッジ２５８との間、板２５４ｄの外側エッジ２５８と板２５４ｅの外側エッジ２５８との間、および板２５４ｅの外側エッジ２５８と外壁２０４との間に、６つの間隙があるため、内壁２０６と外壁２０４との間の電圧は６つに分割される。各間隙は小さい電位を有し、したがって間隙内の電界は小さく、それによりその領域が着火して印加電力を得る可能性はなく、したがって電力はプラズマ領域１２４に入り、プラズマ領域１２４内にプラズマをもたらす。上記のシールド２５０、２５２がなければ、内壁２０６の第１の端部２１６と外壁２０４の第１の端部２１２との間および内壁２０６の第２の端部２１８と外壁２０４の第２の端部２１４との間に局部的なプラズマ放電が生じる可能性があり、プラズマ領域１２４をプラズマで充填することができなくなる。

【0018】

金属板２５４ａ～２５４ｅ間の空間は暗黒部となることがあり、この暗黒部は、板上に堆積した物質で埋められて、板を互いに短絡させることがある。これが生じるのを防止するために、一実施形態では、各金属板２５４ａ～２５４ｅは、段２６２を含み、したがって各金属板２５４ａ～２５４ｅの外側エッジ２５８は、隣接する板からさらに離れる。段２６２により、外側エッジ２５８は、内側エッジ２５６に対して直線ではなくなる。各段２６２は、隣接する金属板間に形成される暗黒部２６４を遮蔽し、したがって暗黒部２６４内に物質が堆積しないようにすることができる。

【0019】

金属は半導体プロセスで使用されるほとんどの化学物質に耐性を有するため、外壁２０４、内壁２０６、およびシールド２５０、２５２、２５９はすべて、金属から作ることができる。使用される金属のタイプは、真空処理チャンバ内でプラズマ源１００の上流で使用される化学物質に依存することができる。一実施形態では、塩素ベースの化学物質が使用され、金属は、３１６ステンレス鋼などのステンレス鋼とすることができる。塩素ベースの化学物質内の絶縁リング２３０、２３２は、石英から作ることができる。別の実施形態では、フッ素ベースの化学物質が使用され、金属は、アルミニウムとすることができ、絶縁リング２３０、２３２は、アルミナから作ることができる。内壁２０６は、陽極酸化させたアルミニウムまたは溶射被覆したアルミニウムから作ることができる。

【0020】

一例では、プラズマ源は、第１の端部および第２の端部を有する円筒形の電極と、円筒形の電極を取り囲む円筒形の外壁とを含み、円筒形の外壁は、第１の端部および第２の端部を有する。プラズマ源は、内側エッジおよび外側エッジを有する第１の環状の板をさらに含み、内側エッジは、円筒形の電極の第１の端部に近接しており、外側エッジは、円筒形の外壁の第１の端部に隣接している。プラズマ源は、内側エッジおよび外側エッジを有する第２の環状の板をさらに含み、内側エッジは、円筒形の電極の第２の端部に近接しており、外側エッジは、円筒形の外壁の第２の端部に隣接している。円筒形の電極、円筒形の外壁、第１の環状の板、および第２の環状の板によって、プラズマ領域が画定される。プラズマ源は、第１の環状の板上に配置された第１の複数の磁石と、第２の環状の板上に配置された第２の複数の磁石とをさらに含む。

【0021】

別の例では、プラズマ源は、外側エッジおよび内側エッジを有する第１の環状の板と、第１の環状の板に平行な第２の環状の板とを含み、第２の環状の板は、外側エッジおよび内側エッジを有し、第１の環状の板は、第２の環状の板に面する表面を有し、第２の環状の板は、第１の環状の板に面する表面を有する。プラズマ源は、第１および第２の環状の板の外側エッジ間に配置された円筒形の外壁と、第１および第２の環状の板の内側エッジ間に配置された円筒形の電極と、第１の環状の板の表面に隣接して配置された第１のシールドと、第２の環状の板の表面に隣接して配置された第２のシールドとをさらに含む。

【0022】

図３は、プラズマ源１００の斜視図である。プラズマ源１００の第１の端部１０４および第２の端部１０６には、それぞれ入口フランジ３０２および出口フランジ３０４を結合することができる。図１Ａに示すように、入口フランジ３０２は、フォアライン１９２に結合することができ、第２のフランジ３０４は、排気冷却装置１１７に結合することができる。フランジ３０２、３０４は、任意の適した方法によって、それぞれプラズマ源１００の第１の端部１０４および第２の端部１０６に結合することができる。プラズマ源１００上には、ＲＦ整合（図示せず）を密閉するためのボックス３０６を配置することができる。

【0023】

図４は、プラズマ源１００に付随する構成要素を概略的に示す。ラック４００または他のコンテナ／支持構造が、交流配電ボックス４０２、ＲＦジェネレータ４０４、およびコントローラ４０６を含むことができる。交流配電ボックス４０２は、ＲＦジェネレータ４０４およびコントローラ４０６に給電する。ＲＦジェネレータ４０４は、ＲＦ電力を生成し、このＲＦ電力は、ＲＦ整合を介してプラズマ源１００に供給することができる。コントローラ４０６は、半導体製造工具または半導体製造工場と通信し、ＲＦジェネレータ４０４およびプロセスガスを制御する。

【0024】

図５は、排気冷却装置１１７の斜視図である。プラズマ源１００内のエネルギーを与えられた排出物は、第２の端部１０６を介してプラズマ源１００から出るときに再結合することができ、この再結合反応は、エネルギーを解放し、プラズマ源１００から出る排出物の温度を増大させる。摂氏１５０度を超えるような高い温度を有する排出物は、ポンプ１９６を損傷することがある。高い温度を有する排出物を冷却するために、プラズマ源１００の第２の端部１０６に排気冷却装置１１７を結合することができる。別法として、排気冷却装置１１７は、排気導管１９４内で、プラズマ源１００の下流で圧力調整モジュール１８２の上流に結合することができる。排気冷却装置１１７は、フランジ３０４に結合するための第１の端部５０２と、排気導管１９４に結合するための第２の端部５０４とを含むことができる。第１の端部５０２と第２の端部５０４との間には空胴５０５を形成することができ、空胴５０５内に冷却板５０６を配置することができる。冷却板５０６内には冷却チャネル（図示せず）を形成することができ、冷却板５０６上に冷却剤入口５０８および冷却剤出口５１０を配置することができる。水などの冷却剤を冷却剤入口５０８から冷却チャネルへ流し、冷却剤出口５１０から流出させることができる。冷却板内には、高温の排出物が通過するための複数の孔５１２を形成することができる。孔５１２の直径は、圧力の増大が最小からゼロになるのに十分なほど大きくすることができる。一実施形態では、孔５１２はそれぞれ、約０．５インチの直径を有し、圧力の制限は、約１００ミリトル未満である。

【0025】

上記は、本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】