特許 7527928 基板処理装置、基板処理方法

(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】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】基板処理装置、基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240729BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240729BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/302 101G

H01L21/68 R

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020176562

(22)【出願日】2020-10-21

(65)【公開番号】P2021090042

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2023-10-10

(31)【優先権主張番号】62/942,660

(32)【優先日】2019-12-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519237203

【氏名又は名称】エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】野沢 俊久

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３４０２２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０３１５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０４９８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０４１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４０１９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１４０９５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバの中に設けられた上部カバーと、
誘電体の環状部と、前記環状部に埋め込まれた埋込電極と、を有し、前記チャンバの中に設けられた静電チャックと、
前記上部カバーと前記静電チャックの下の領域にプラズマを生成するように構成されたプラズマユニットと、を備え、
前記環状部は、前記上部カバーの直下に位置する環状の第１上面と、前記上部カバーの直下に位置し前記第１上面を囲み前記第１上面より高さが高い第２上面と、を有することを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記プラズマユニットは、前記上部カバーの下に前記上部カバーと対向して設けられたシャワープレートを備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記上部カバーはグランド電極として提供されたことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記プラズマユニットは、マイクロ波プラズマ生成装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記プラズマユニットは、誘導結合プラズマ装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記上部カバーの下面は、第１下面と、前記第１下面を囲み前記第１下面よりも下にある第２下面とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第２下面の直下に前記第２上面があり、前記第２下面と前記第２上面が接触すると、前記上部カバーと前記静電チャックの間を介した気体の流通が妨げられることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記上部カバーの下面と前記第２上面が接触すると、前記上部カバーの下面と前記第２上面の間を介した気体の流通が妨げられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記上部カバーを前記チャンバの内で上下動させるように構成された第１昇降機構と、
前記静電チャックを前記チャンバの内で上下動させるように構成された第２昇降機構と、を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記埋込電極は、第１上面の直下にあることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記上部カバーの直下から退避できるように設けられた支持ピンを備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項12】

上部カバーの直下に提供された支持ピンの上に基板をのせることと、
静電チャックの環状の第１上面で前記基板の下面の外縁部分を支持しつつ前記基板の下面中央部を露出させることと、
前記上部カバーと前記基板の接触を避けつつ、前記第１上面を囲み前記第１上面より高さが高い前記静電チャックの第２上面と前記上部カバーとを密着させることと、
前記静電チャックによって前記基板を前記第１上面に吸着させた状態で、前記基板の下面中央部にプラズマ処理を施すことと、をこの順に備えた基板処理方法。

【請求項13】

前記プラズマ処理の最中は、前記基板と、前記静電チャックと、前記上部カバーとによって囲まれた密閉空間ができることを特徴とする請求項１２に記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記静電チャックによって、前記基板の下面の外縁部分の全体が前記第１上面に吸着することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の基板処理方法。

【請求項15】

前記プラズマ処理では、前記基板の下面中央部に酸化膜又は窒化膜を形成することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【請求項16】

基板の下面の外縁部分を静電チャックで保持しつつ、前記基板の上面に上部カバーを対向させることで前記基板の上面の上方の空間を前記上部カバーで覆われた密閉空間とすることと、
前記静電チャックで前記基板を静電吸着した状態で、前記基板の下面中央部にプラズマ処理を施すことと、を備えた基板処理方法。

【請求項17】

前記プラズマ処理では、前記基板の上面への成膜を抑制しつつ、前記基板の下面に膜を形成することを特徴とする請求項１６に記載の基板処理方法。

【請求項18】

前記プラズマ処理により前記基板の反りが緩和されることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は基板処理装置、基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

米国特許第9,881,788号明細書には、基板の前面または背面のいずれかに応力補償層および犠牲層を堆積させるための方法および装置が開示されている。具体的には、ウエハが表面を上に向けた状態で裏面堆積が行われる。このような前面又は背面への層の堆積は、ウエハの前面への堆積により導入される応力を低減するために実行され得る。裏面堆積は、フォトリソグラフィなどの堆積後処理中に発生する裏面粒子関連の問題を最小限に抑えるために実行されてもよい。このような技術の改善が求められていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第9,881,788号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、基板の下面へのプラズマ処理を可能とする基板処理装置と基板処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る基板処理装置は、チャンバと、該チャンバの中に設けられた上部カバーと、誘電体の環状部と、該環状部に埋め込まれた埋込電極と、を有し、該チャンバの中に設けられた静電チャックと、該上部カバーと該静電チャックの下の領域にプラズマを生成するように構成されたプラズマユニットと、を備え、該環状部は、該上部カバーの直下に位置する環状の第１上面と、該上部カバーの直下に位置し該第１上面を囲み該第１上面より高さが高い第２上面と、を有することを特徴とする。

【0006】

本開示のその他の特徴は以下に明らかにする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、基板の下面へのプラズマ処理を可能とする基板処理装置と基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】基板処理装置の構成例を示す断面図である。

【図2】静電チャックの平面図である。

【図3】回転アームを回転させたことを示す断面図である。

【図4】回転アームの構成例を示す平面図である。

【図5】回転アームと静電チャックの平面図である。

【図6】基板の導入を示す断面図である。

【図7】基板と静電チャックの接触を示す断面図である。

【図8】静電チャックに支持された基板の平面図である。

【図9】プラズマ処理の一例を示す断面図である。

【図10A】別の例に係る基板処理装置の構成例を示す断面図である。

【図10B】図１０Ａの一部拡大図である。

【図11】マイクロ波プラズマ生成装置を備える基板処理装置の構成例を示す断面図である。

【図12】誘導結合プラズマ装置を備える基板処理装置の構成例を示す断面図である。

【図13】誘導結合プラズマ装置を備える基板処理装置の別の構成例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

基板処理装置、基板処理方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0010】

実施の形態．
図１は、実施の形態に係る基板処理装置の構成例を示す断面図である。この基板処理装置は平行平板方式のプラズマ処理装置である。チャンバ１０にはドア１２が取り付けられ、チャンバ１０の中に基板を提供したり、チャンバ１０から基板を取り出したりすることができる。チャンバ１０は、Dual Chamber Module(DCM) の一部、又はQuad Chamber Module (QCM)の一部として提供され得る。チャンバ１０の中には上部カバー１４が設けられている。一例によれば、上部カバー１４はグランド電極として提供される。グランド電極とは接地用の電極である。

【0011】

上部カバー１４は、軸部分１４ａと、軸部分１４ａにつながっている円板部分１４ｂを備えている。軸部分１４ａは、ｚ正負方向に移動可能な第１昇降機構１６に固定され、ｚ正負方向に移動可能となっている。一例によれば、軸部分１４ａに固定された板１６ａがベローズ１６ｂの上端に固定され、チャンバ１０に固定された板１６ｃをベローズ１６ｂの下端に固定することで第１昇降機構１６が提供される。第１昇降機構１６として、上部カバー１４をチャンバ１０の内で上下動させる様々な構成を採用することができる。

【0012】

円板部分１４ｂは平面視で円形又は略円形となっている。上部カバー１４の下面である円板部分１４ｂの下面は、例えば、第１下面１４ｃと、第１下面１４ｃを囲み第１下面１４ｃよりも下にある第２下面１４ｄとを有している。そのため、円板部分１４ｂの下面は中央に窪みを有する形状となっている。

【0013】

グランド電極である上部カバー１４は、平行平板構造の上部電極として機能する。プラズマカップリングと放電防止のために、第１下面１４ｃと第２下面１４ｄの高さの差は例えば１ｍｍ以下とすることができる。

【0014】

チャンバ１０の中には静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、支持体２０ａ、支持体２０ａの下端につながっている環状部２０ｂ、及びこれらに埋め込まれた埋込電極２０ｃを備えている。支持体２０ａは第２昇降機構２２に固定されている。第２昇降機構２２は、静電チャック２０をチャンバ１０の内で上下動させるように構成されている。一例によれば、支持体２０ａに固定された板２２ａがベローズ２２ｂの上端に固定され、チャンバ１０に固定された板２２ｃをベローズ２２ｂの下端に固定することで第２昇降機構２２が提供される。第２昇降機構２２として、静電チャック２０をチャンバ１０の中で上下動させる様々な構成を採用することができる。

【0015】

支持体２０ａと環状部２０ｂは例えば誘電体で形成することができる。環状部２０ｂは平面視で環状になっている。環状部２０ｂは、上部カバー１４の直下に位置する環状の第１上面２０ｄと、上部カバー１４の直下に位置し第１上面２０ｄを囲む第２上面２０ｅを有している。第２上面２０ｅは第１上面２０ｄより高さが高い。第１上面２０ｄと第２上面２０ｅの高さの差は、例えば処理対象となる基板の厚みより大きい。

【0016】

図２は、静電チャック２０の平面図である。環状部２０ｂは円形又は略円形に形成されている。第１上面２０ｄが環状の面を提供し、第２上面２０ｅは第１上面２０ｄを囲む環状の面を提供している。図２における破線は埋込電極２０ｃを示す。埋込電極２０ｃは、支持体２０ａと、環状部２０ｂに埋め込まれている。外部の電源から埋込電極２０ｃに正又は負の電圧を印加すると誘電体である環状部２０ｂに誘電分極が起こる。

【0017】

図１には埋込電極２０ｃが第１上面２０ｄの直下にあることが示されている。そのため、埋込電極２０ｃに電圧を印加すると第１上面２０ｄとその近傍が誘電分極する。このように帯電が発生した状態で第１上面２０ｄの上にシリコン基板などの分極しやすい基板をのせると、環状部２０ｂと基板にクーロン力による引力が生じ、基板を環状部２０ｂに把持することができる。環状部２０ｂで基板を把持するので、支持体２０ａを誘電分極させる必要はない。そこで、例えば支持体２０ａとしてセラミック管を提供し、そのセラミック管の中に埋込電極２０ｃを通すことができる。

【0018】

図１には、チャンバ１０の内壁近傍にある回転アーム３０が示されている。回転アーム３０は、例えばＱＣＭを構成する４つのチャンバの中で基板を搬送するために設けられている。

【0019】

基板処理装置は、上部カバー１４と静電チャック２０の下の領域にプラズマを生成するように構成されたプラズマユニットを備えている。一例によれば、環状部２０ｂに囲まれた領域の直下にプラズマを提供できれば足りる。図１の例では、プラズマユニットは、シャワープレート３４、ガス源４１、４２及びＲＦ電源４３を備えている。シャワープレート３４は、上部カバー１４の下に上部カバー１４と対向して設けられている。シャワープレート３４は、ガス源４１、４２からｚ正方向にガスを提供するためのスリットを有するプレート３６、４０と、プレート間に設けられたスペーサ３８を備えている。シャワープレート３４の全体を金属とすることができる。別の例によれば、少なくともプレート４０を金属とする。ガス源４１、４２は、プラズマ処理に必要なガスを提供する。ＲＦ電源４３は、ガスをプラズマ状態とするための高周波電力をシャワープレート３４に提供する。

【0020】

このように、基板処理装置は、上部カバー１４とシャワープレート３４を有する平行平板構造によってプラズマ処理を可能とするものである。

【0021】

この基板処理装置を用いた基板処理方法の例を説明する。図３は、基板をチャンバ内に搬入する直前の基板処理装置の断面図である。図３に示されるとおり、第１昇降機構１６を例えばモータ５０によって動かすことで上部カバー１４を上方に退避させる。さらに、第２昇降機構２２を例えばモータ５２によって動かすことで静電チャック２０を上方に退避させる。

【0022】

その後、回転アーム３０を回転させて、回転アームの一部である支持ピンをチャンバ１０の中の基板受け取りポジションへ提供する。図４は、回転アーム３０の構成例を示す平面図である。この例では、４つのチャンバを有するＱＣＭが提供されている。回転アーム３０を回転させることによって４つのチャンバ１０の中のいずれか１つに、基板を支持するための支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃを提供する。

【0023】

図５は、支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃと静電チャック２０の平面図である。支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、静電チャック２０の環状部２０ｂに囲まれた位置に配置される。

【0024】

次に、静電チャック２０を下降させて、環状部２０ｂを支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃの上端より下に位置させた上で、上部カバー１４の直下に提供された支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃの上に基板をのせる。図６は、支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃに基板５４をのせたことを示す図である。例えば基板５４を支持した外部のアームがドア１２を通って支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃの上に基板５４を提供する。基板５４は上面５４ａと下面５４ｂを有している。基板５４は、例えばシリコン又はワイドバンドギャップ半導体を材料とするウエハである。

【0025】

次に、環状部２０ｂを上方向に移動させることで、環状の第１上面２０ｄを基板５４の下面の外縁部分に接触させる。図７は、第１上面２０ｄと、基板５４の下面５４ｂの外縁部分とが接触した状態を示す図である。環状部２０ｂが支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃの上端よりも上に移動する過程で、支持ピン３０ａ、３０ｂ、３０ｃと基板５４が離れ、第１上面２０ｄが基板５４の下面の外縁部分を支持しつつ基板５４の下面中央部を露出させる。その後、回転アーム３０を回転させて、支持ピンを上部カバー１４の直下から退避させる。

【0026】

図８は、図７の静電チャック２０と基板５４の平面図である。図８では、基板５４が第１上面２０ｄに接した結果、第１上面２０ｄの全体又は大部分は平面視できず、第２上面２０ｅが表れている。第１上面２０ｄの内縁が破線で表現されている。

【0027】

次に、上部カバー１４と基板５４の接触を避けつつ、第２上面２０ｅと上部カバー１４とを密着させる。図９には、静電チャック２０の第２上面２０ｅと上部カバー１４の第２下面１４ｄを密着させたことが示されている。この例では、上部カバー１４を下方に移動させることで、第２上面２０ｅと、第２下面１４ｄを密着させる。一例によれば、上部カバー１４に、第２下面１４ｄより上に位置する第１下面１４ｃを設けることで、上部カバー１４と基板５４の接触を防止できる。

【0028】

第２下面１４ｄの直下に第２上面２０ｅがあり、第２下面１４ｄと第２上面２０ｅが接触すると、上部カバー１４と静電チャック２０の間を介した気体の流通が妨げられる。別の例において、上部カバー１４の円板部分１４ｂの下面を平坦にした場合は、上部カバーの下面と第２上面２０ｅが接触することで、上部カバーの下面と第２上面２０ｅの間を介した気体の流通が妨げられる。さらに、静電チャック２０によって、基板５４の下面５４ｂの外縁部分の全体が第１上面２０ｄに吸着する。

【0029】

一例によれば、図９に示す状態では、基板５４、静電チャック２０及び上部カバー１４によって囲まれた空間が密閉空間になる。この場合、ガス源４１、４２から供給されたガスと、平行平板間に提供されたプラズマは、実質的に当該密閉空間には提供されない。

【0030】

次いで、基板５４の下面５４ｂにプラズマ処理を施す。具体的には、静電チャック２０によって基板５４を第１上面２０ｄに吸着させた状態で、前述のプラズマユニットを用いて基板５４の下面中央部にプラズマ処理を施す。一例によれば、プラズマ処理の最中は、基板５４と、静電チャック２０と、上部カバー１４とによって囲まれた空間を密閉空間とすることで、基板５４の上面５４ａへの有意なプラズマ処理を防止する。

【0031】

基板５４の上面５４ａ側はデバイスが形成されたデバイス面とし得る。その場合、基板５４と上部カバー１４の接触を回避することは、デバイスの保護を可能とする。上部カバー１４の下面に図１に示す凹部を設けることは、この接触の回避を確実にする。

【0032】

プラズマ処理として、成膜、基板に形成された膜の改質、又はエッチングを採用し得る。一例によれば、プラズマ処理では、基板５４の下面５４ｂの中央部に酸化膜又は窒化膜を形成する。このプラズマ処理では、基板５４の上面５４ａへの成膜を抑制しつつ、基板５４の下面５４ｂに膜を形成することができる。一例によれば、プラズマ処理により基板５４の下面５４ｂの中央部に成膜された膜は、基板５４の反りを緩和する。

【0033】

このように、基板５４の下面５４ｂの外縁部分を静電チャック２０で保持しつつ、基板５４の上面５４ａに上部カバー１４を対向させることで、基板５４の上面５４ａの上方の空間を上部カバー１４で覆われた密閉空間とする。静電チャック２０で基板５４を静電吸着した状態で、基板５４の下面中央部にプラズマ処理を施すことができる。なお、静電チャック２０による基板５４の把持の有無は任意のタイミングで切り替えることができる。

【0034】

図１０Ａは、別の例に係る基板処理装置の断面図である。図１０Ａは、ウエハ４５１の裏側に成膜することができる装置４００の簡素化された断面図である（ウエハ４５１は、図１０Ａにおいて黒い水平線として示されている）。図１０Ｂは、装置４００の一部の拡大図を示している。特に、図１０Ｂは、ウエハ４５１が装置４００内でどのように支持されるかを示している。ウエハ４５１は、その外縁部分又はその近くにおいて、ウエハ支持リング４５３によって支持される。支持リング４５３は、支持接触領域と呼ばれる領域において、ウエハエッジの近くで、ウエハ４５１の底面に接触することができる。支持接触領域は環状形状であり、ウエハの実質的に裏側全体（例えば、表面積で測定して少なくとも約９５％、または少なくとも約９９％）が堆積中に露出するように非常に小さくてもよい。いくつかの実施形態では、ウエハの底部上の支持接触領域は、ウエハの縁から内側に約５ｍｍ以下、例えば約１ｍｍ以下延びる。図１０Ｂの例では、支持接触領域は、ウエハ４５１の底部にあり、ウエハの外縁から距離４６１だけ内側に延びる。支持リング４５３はまた、ウエハエッジ近くのウエハの上面に接触し得る。これらの場合、支持接触領域はウエハの上面まで延びる。この実施形態では、支持リングの局所断面を（図１０Ｂに示されるようなＬ字型ではなく）Ｃ字型として、支持リングがウエハの外縁部分の一部の下および上に延びるようにすることができる。支持リングがウエハの上面に接触する場合、支持リングがウエハの上面を損傷しないように注意すべきである。このような注意には、支持リングが、アクティブ領域ではなく、定義された小さな領域（サポート接触領域）でのみウエハ上面に接触するようにすることが含まれ得る。いくつかの実施形態では、ウエハの上部の支持接触領域は、ウエハのエッジから半径方向内側に約０．５ｍｍ以下、または約０．２５ｍｍ以下だけ延びる。

【0035】

いくつかの実施形態では、支持リングは、ウエハをその外縁部分またはその周辺で支持する別のウエハ支持機構で置き換えることができる。一例として、ウエハをその外縁近傍の異なる位置で支持する、分離された３つ以上のペグを用いることができる。一例によれば、ペグがウエハを包み込み、処理中にウエハを所定の位置に固定することができる。ペグ（または他の支持機構）は、上記の支持接触領域内でウエハに接触し得る。

【0036】

いずれの場合でも、基板を保持するためのメカニズムは、ウエハの上面がリアクタのどの部分にも実質的に接触しないように設計することができる。すなわち、この実施形態では、ウエハ４５１の上面と、ウエハ支持機構４５３（例えば、支持リング、ペグなど）または装置の他の部分との間の接触は、ウエハの端の近くでのみ起こる。

【0037】

ウエハの上面には、非アクティブな外縁領域に囲まれ、デバイスが製造される部分であるアクティブ領域が含まれる。非アクティブ外縁領域は、ウエハの形状に起因して存在し、同時に、処理に伴うウエハハンドリングの必要性に起因して存在する。ウエハの上面の活性領域がリアクタのどの部分にも接触しないようにすることにより、ウエハの上面への損傷を最小限にしたり完全に回避したりすることができる。基板が個々のデバイスに切断されるとき、通常は外縁の非アクティブ領域が除去され破棄されるため、上面の端で発生する接触は多くの場合問題にならない。そのため、この領域で発生する接触は、ウエハ上に形成される最終的なデバイスにとって致命的ではない。

【0038】

図１０Ａおよび図１０Ｂの実施形態に戻る。支持リング４５３は、堆積領域４５９上にウエハ４５１を保持する。堆積領域４５９は、ウエハ４５１に対し、反応ガスが導入され、反応し、そして堆積される領域である。堆積領域４５９は、少なくともウエハ４５１とほぼ同一の広がりを有する。堆積領域４５９の底部は、この実施形態ではシャワーヘッド４６３としても機能する下面４６３によって定義され得る。下面４６３は、典型的には、ウエハ４５１と実質的に平行である。堆積領域４５９の高さ（ウエハ４５１の底面と下面との間の距離として測定される）は、多くの場合、比較的小さくてもよい。例えば、堆積領域４５９の高さは、約５～３０ｍｍの間、又は約１５～２５ｍｍの間とし得る。いくつかの実施形態では、下部電極／シャワーヘッド上面４６３と、支持リング４５３の少なくとも１つは、堆積領域４５９の高さを調整することができるように移動可能である。前述のように、下面４６３は、堆積領域４５９の底部を定義する。様々な実施形態では、下面４６３には（例えば、ＲＦ電源で）電力が供給される。いくつかの実施形態では、下面４６３は、必要に応じてプロセスガスを提供するためのシャワーヘッドとして機能するように適合されている。他の実施形態では、下面４６３はより単純であり、プロセスガスは代替の入口を通して提供され得る。

【0039】

様々な異なるタイプのプラズマを使用することができる。例えば、堆積領域４５９で直接プラズマ生成したり（ダイレクトプラズマ）、異なる場所で生成されたプラズマが堆積領域にパイプで送られたりする（リモートプラズマ）。任意の適切なプラズマ発生装置を使用することができる。様々な実施形態において、プラズマは、ウエハ４５１の下の電力印加された下部電極／シャワーヘッド４６３と、ウエハの上の接地された上部電極／上面４５５と、の間に生成される容量結合プラズマである。

【0040】

ウエハ４５１の上には小さな上面ギャップ４５７がある。このギャップ４５７は、ウエハ４５１の上面とリアクションチャンバ内の上面４５５との間に延びる。図１０Ａのギャップのサイズは、説明のために誇張されている。上面４５５は、ヒーター、接地プレート、チャンバ天井、または別のタイプのプレート／表面であり得る。多くの場合、この上面４５５は電極として機能する。いくつかの実施形態では、上面ギャップ４５７の高さは、約０．５ｍｍ以下、例えば、約０．３５ｍｍ以下である。これらまたは他の実施形態では、上面ギャップ４５７の高さは、少なくとも約０．１ｍｍ以上、例えば、少なくとも約０．２５ｍｍ以上であり得る。多くの場合、この上面４５５は、ウエハに実質的に平行である。この上面／電極４５５はまた、ウエハ支持リング４５３と接触するように、図１０Ｂに示されるように基板の外縁の近傍まで延びることができる。堆積中、不活性ガス（例えば、Ｎ２、Ａｌなど）は、上面入口４６５から導入され、ウエハ４５１の上面を通過する。

【0041】

上面入口４６５は、不活性ガスがウエハの中心から外側に流れるように、ウエハ４５１の中心またはその近くに配置することができる。この外向きに流れる不活性ガスは、堆積を引き起こすガスが、上面ギャップ４５７に入らず、ウエハ４５１の上面と接触しないことを確実にするのに役立つ。換言すれば、不活性ガス流は、裏面堆積中にウエハ４５１の上面に材料が堆積しないことを確実にするのに役立つ。ウエハ４５１の上面をさらに保護するために、上面ギャップ４５７は、プラズマシースの厚さよりも小さくなるように設計され得る。これは、プラズマが基板を損傷する可能性のある上面のギャップに入らないようにするのに役立つ。

【0042】

多くの場合、プラズマは、上部電極と下部電極の間で生成される容量結合プラズマである。場合によっては、上部電極がアースに接続され、下部電極がＲＦ電源に接続されることがある。下部電極は、プラズマから電子を収集するために部分的に動作する場合がある。デュアルＲＦ（例えば、ＬＦおよびＨＦの両方の周波数および電力を使用および制御する）を使用して、様々な場合に堆積膜の応力を調整することができる。

【0043】

いつかの実施形態では、裏面堆積リアクタは、裏面堆積を実行するように変更されたベベル洗浄装置である。変更できる処理装置の一例は、カリフォルニア州フリーモントのラムリサーチのCoronus（登録商標）プラズマベベルクリーン装置である。この装置は、以下の米国特許でさらに議論されており、それらのそれぞれは、参照によりその全体が組み込まれている。
２００７年１月２６日に出願され「BEVEL ETCHER WITH GAP CONTROL」と題された米国特許第７，８５８，８９８号。
２００７年１月２６日に出願され「CONFIGURABLE BEVEL ETCHER」と題された米国特許第７，９４３，００７号。
２００９年１２月１７日に出願され「METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING BEVEL EDGE」と題された米国特許第８，５６２，７５０号。

【0044】

裏面堆積を実行するのに有用な変更は、通常、以下のものを含む。
・異なるウエハホルダ（例えば、ウエハの外縁部分を支持し、処理中にウエハの裏面がプラズマに曝されたままとなることを可能にする環状ウエハホルダ）の設置。
・異なるガス供給システムの設置（または変更）（例えば、ウエハの裏側の下の堆積領域に堆積ガスを供給しつつ、ウエハの上面の上の上面ギャップに不活性ガスを供給するためのシステム）。
さらに、ヒーターおよび／または接地板は、ウエハの上に追加され得る。

【0045】

図１０Ａおよび１０Ｂに示されるように、埋め込み電極４５３ａをウエハ支持リング４５３に埋め込むことで、上で説明したようにウエハ支持リング４５３を静電チャックとして機能させることができる。いくつかの例では、埋め込み電極４５３ａは、静電チャック機能を確実にするために、ウエハ４５１の真下に配置され得る。換言すれば、埋め込み電極４５３ａは、距離４６１の真下の位置まで延びる。

【0046】

図１１は、別の例に係る基板処理装置の断面図である。この例では、プラズマユニットとして、マイクロ波プラズマ生成装置を備える。チャンバ１０の中には複数のロッド６４が設けられている。ロッド６４は、導体６０と、導体６０を囲む誘電体６２を備えている。同軸導波管からこの誘電体６２の中にマイクロ波を提供する。すなわち、同軸導波管のマイクロ波投入部から投入されたマイクロ波は、最終的に複数本のロッド６４まで到達する。そして、マイクロ波エネルギはロッド６４の誘電体６２の外に電界を生じさせ、これによりプラズマ７０を生成させる。このようにマイクロ波プラズマ生成装置では、複数のロッド６４でプラズマを生成する。静電チャック２０によって、基板５４を第１上面２０ｄに静電吸着させることができる。

【0047】

マイクロ波プラズマ生成装置を用いる場合には、上部カバー１４は平行平板として用いられず、基板５４のカバーとして機能する。そのため、基板５４と上部カバー１４の接触を避けるために、第１下面１４ｃと第２下面１４ｄの高さの差を大きくすることができる。換言すれば、上部カバー１４の下面中央部に深い凹部を設けることができる。さらに、平行平板の場合、基板５４の反りのばらつきによって基板から上部カバーまでの距離がばらつき、プラズマ密度が変化しえるが、マイクロ波プラズマ生成装置を用いることでそのような問題もなくなる。

【0048】

図１２は、別の例に係る基板処理装置の断面図である。この例では、プラズマユニットとして、誘導結合プラズマ装置を備える。ＩＣＰリアクタ１２０は高密度プラズマで基板を処理することができる。適切なＩＣＰリアクタにはＬＡＭ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ. Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡのＴＣＰ.ＴＭシステムが含まれる。本明細書に組み込まれる、Ｏｇｌｅによる米国特許第４，９４８，４５８号も参照されたい。リアクタは、基板１２３に隣接してプラズマ１２２が生成されるプロセスチャンバ１２１を含む。上部カバー１２４は、基板１２３の上に設けられている。基板１２３の温度制御は、導管１２５を介して基板と上部カバー１２４との間の空間にヘリウムガスを供給することによって達成される。上部カバー１２４は、加熱される陽極酸化アルミニウム電極、又は埋め込み電極を有するセラミック材料を含み得る。この上部カバー１２４には、ＲＦ電源１２６およびＲＦ整合を提供するための関連回路１２７などによって電力が供給される。処理中の基板１２３の温度は、温度プローブ２９に取り付けられた温度監視装置１２８によって監視される。

【0049】

チャンバ１２１の内に真空を提供するために、ターボポンプがアウトレットポートに接続され、圧力制御弁を使用して所望の真空圧力を維持することができる。プロセスガスは、誘電体ウィンドウ１３３の近傍に延びるガス分配リングに反応物ガスを供給する導管１３１、１３２によってチャンバ１２１に供給することができる。別の例によれば、プロセスガスは、誘電体シャワーヘッドウィンドウを通して供給することができる。ウィンドウの近くのチャンバの外側に配置された外部誘導コイル１３４には、インピーダンス整合などのためにＲＦ電源１３５および関連する回路１３６によってＲＦ電力が供給される。

【0050】

明らかなことであるが、外部誘導コイル１３４は実質的に平面であり、一般に、平面スパイラルまたは一連の同心リングとなるように形成された単一の導電性要素を含む。このような平面構成により、より長い導電性要素を使用してコイルの直径を大きくし、コイルを容易にスケールアップすることができる。これにより、大きな基板を格納できたり、広い領域にわたって均一なプラズマを生成するために複数のコイル配置を使用したりすることができる。チャンバ内で基板が処理されるとき、ＲＦ電源１３５はコイル１３４に好ましくは約１００ｋＨｚ～２７ＭＨｚのＲＦ電流を提供し、より好ましくは１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流を供給する。さらに、ＲＦ電源１２６はカバー１２４に好ましくは約１００ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲のＲＦ電流を供給し、より好ましくは４００ｋＨｚ、４ＭＨｚ、または１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流を供給する。電極にＲＦ電力を供給することにより、基板の表面下に大きなＤＣシース電圧を供給することができる。

【0051】

ＲＦバイアスが基板に印加され、ギャップフィリング工程中に、成長中の膜のイオンボンバードメントを生成する。ＲＦ周波数は、定常状態のシースを維持するために必要な値（数百ｋＨｚ）を超える値とすることができる。基板バイアスは、膜の特性に多くの有益な効果をもたらし、ギャップフィリング工程で成長中の膜を同時にスパッタリングするためにも使用できる。これにより、狭く、アスペクト比が高いギャップを、高品質の誘電体で迅速に埋めることができる。ＲＦバイアスは、キャップ層の堆積ステップで使用できる。

【0052】

ＩＣＰリアクタ１２０は、本開示のギャップフィリングプロセスを実行するために使用することができ、ここで、重い希ガスを使用して、０．５ｍｕ.ｍ未満の高アスペクト比ギャップのボイドフリーフィリングのためのetch-to-deposition rate ratio（ＥＤＲ）を増加させることができる。ギャップフィリングプロセスは、本明細書に組み込まれる文献である、１９９６年３月２９日に出願された「IMPROVED METHOD OF HIGH DENSITY PLASMA CVD GAP-FILLING」と題された米国特許出願第０８／６２３，８２５号にさらに開示されている。

【0053】

図１２の基板処理装置には、前述した静電チャック２０が提供される。静電チャック２０は基板１２３の下面の外縁部分を静電吸着するために設けられる。静電チャック２０で基板１２３を保持し、基板１２３の下面に例えば成膜などのプラズマ処理が施される。

【0054】

図１３は、別の例に係る基板処理装置の断面図である。図１３の装置は、図１２の装置と類似しているが、上部カバー１２４と第２上面２０ｅが接する点で図１２の構成と異なる。基板１２３の上面側において、基板１２３、静電チャック２０及び上部カバー１２４によって密閉空間を提供することは、基板１２３の上面へのプラズマ処理の抑制に貢献する。

【符号の説明】

【0055】

１０ チャンバ、 １２ ドア、 １４ 上部カバー、 １６ 第１昇降機構、 ２０ 静電チャック、 ２２ 第２昇降機構、 ３４ シャワープレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】