特表 2023-519765 半導体反応チャンバ及び原子層プラズマエッチング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-12

(54)【発明の名称】半導体反応チャンバ及び原子層プラズマエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230502BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230502BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101C

H01L21/302 101G

H05H1/46 L

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022568410

(86)(22)【出願日】2021-05-07

(85)【翻訳文提出日】2022-12-16

(86)【国際出願番号】 CN2021092080

(87)【国際公開番号】W WO2021227943

(87)【国際公開日】2021-11-18

(31)【優先権主張番号】202010387430.9

(32)【優先日】2020-05-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520266443

【氏名又は名称】ベイジン・ナウラ・マイクロエレクトロニクス・イクイップメント・カンパニー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ ＮＡＵＲＡ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100209048

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 元嗣

(72)【発明者】

【氏名】マオ、シンフェイ

(72)【発明者】

【氏名】小田桐 正弥

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ、ガン

(72)【発明者】

【氏名】チェン、グオドン

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB11

2G084CC13

2G084CC33

2G084DD03

2G084DD38

2G084FF02

2G084FF14

2G084FF15

5F004AA16

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB28

5F004CA06

5F004DA04

5F004DA23

(57)【要約】

本開示は、半導体反応チャンバ及び原子層プラズマエッチング装置を提供する。半導体反応チャンバは、誘電体窓及び反応チャンバ本体を含む。スプレーヘッドが、誘電体窓と反応チャンバ本体の頂壁との間に配置され、プラズマ生成エリアを上部強プラズマエリアと下部弱プラズマエリアとに分割する。その上、複数の貫通孔が、スプレーヘッドの中心エリア中に分布し、強プラズマエリア中のプラズマが通過することを可能にするように構成される。第１のガス流路が、スプレーヘッドの縁部エリア中に配置される。プロセス反応ガス入口部材が、スプレーヘッドの第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置する。第２のガス流路が、プロセス反応ガス入口部材中に配置される。第２のガス流路は、第１のガス流路にプロセス反応ガスを導入するように構成される。本開示は、低エネルギーを有するプラズマ源を提供し、プラズマ損傷を低減し、ガスの迅速且つ精密な制御及び投入を実現することができる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体反応チャンバであって、
誘電体窓及び反応チャンバ本体と、ここで、前記誘電体窓は前記反応チャンバ本体の上方に配置され、プラズマ生成エリアが前記誘電体窓の下方に位置しており、
前記誘電体窓と前記反応チャンバ本体の頂壁との間に配置され、前記プラズマ生成エリアを上部における強プラズマエリアと下部における弱プラズマエリアとに分割するスプレーヘッドと、ここで、複数の貫通孔が、前記スプレーヘッドの中心エリア中に分布し、前記強プラズマエリア中のプラズマが通過することを可能にするように構成され、前記スプレーヘッドの縁部エリアに第１のガス流路を設けられ、前記第１のガス流路のガス出口端が、前記弱プラズマエリアと連通されており、
前記スプレーヘッドの前記第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置するプロセス反応ガス入口部材と、ここで、第２のガス流路が、前記プロセス反応ガス入口部材中に配置され、前記第２のガス流路は、前記第１のガス流路中にプロセス反応ガスを導入するように構成されている、
を備える、半導体反応チャンバ。

【請求項2】

前記第１のガス流路は、前記スプレーヘッドの円周方向に沿って間隔を置いて配置された複数のガス孔を含み、
前記プロセス反応ガス入口部材は、ガス分配及び支持リングであり、前記ガス分配及び支持リングの少なくとも一部は、前記スプレーヘッドの上面上に積み重ねられ、前記第２のガス流路の複数のガス出口端が設けられ、前記ガス分配及び支持リングの、前記スプレーヘッドの前記上面と接触する表面上に位置し、１対１の対応で前記複数のガス孔のガス入口端と連通される、請求項１に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項3】

前記第２のガス流路は、１つのガス入口端を有し、前記ガス分配及び支持リングの上面上に位置し、
前記第２のガス流路は、前記ガス分配及び支持リングと同心であり、異なる半径を有する複数の弧形状の副ガス流路群と、複数の下部出口とを含み、前記複数の弧形状の副ガス流路群は、順番に連通され、２つの連通された弧形状の副ガス流路群では、下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路の数は、上流の弧形状の副ガス流路群の前記弧形状の副ガス流路の数の２倍であり、
最下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路のガス出口端の数は、前記ガス孔の数と同じであり、前記ガス出口端は、前記下部出口を通して１対１の対応で前記ガス孔と連通される、請求項２に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項4】

３つの弧形状の副ガス流路群は、ガス入口方向に第１の弧形状の副ガス流路群、第２の円弧形状の副ガス流路群、及び第３の円弧形状の副ガス流路群に含まれ、且つそれらを含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群の半径は、前記第２の円弧形状の副ガス流路群の半径よりも大きく、前記第１の弧形状の副ガス流路群の半径よりも小さく、
前記第１の弧形状の副ガス流路群は、１つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第２の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の２つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の４つの弧形状の副ガス流路を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、中間位置に位置する１つのガス入口端を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、両端に位置する２つのガス出口端を含む、請求項３に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項5】

前記半導体反応チャンバは、
前記スプレーヘッドの下方の周囲に配置されたガス分配リングを更に含み、複数の第３のガス流路が、前記ガス分配リングの円周方向に沿って間隔を置いて前記ガス分配リング中に配置され、前記第３のガス流路のガス入口端が、１対１の対応で前記ガス孔の前記ガス出口端と連通され、前記ガス孔の前記ガス出口端は、前記第３のガス流路を通して前記弱プラズマエリアと連通される、請求項２～４のいずれか一項に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項6】

前記第３のガス流路の各々のガス入口端は、前記ガス分配リングの上面上に位置し、前記第３のガス流路の各々のガス出口端は、前記ガス分配リングの内側壁上に位置し、
前記第３のガス流路の各々の前記ガス出口端のガス出口方向は、前記反応チャンバ本体の軸方向に対して垂直であるか、又は前記反応チャンバ本体の前記軸方向と所定の角度を形成する、請求項５に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項7】

前記スプレーヘッドは、円形平面部材と、前記スプレーヘッドに接続され、且つ前記円形平面部材を囲む環状部材とを含み、複数の貫通孔が、前記円形平面部材中に均等に分布し、複数のガス孔が、前記環状部材の円周方向に沿って間隔を置いて分布する、請求項５に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項8】

複数の前記円形平面部材が含まれ、互いに積み重ねられる、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項9】

前記環状部材の厚さは、前記円形平面部材の厚さよりも大きく、前記環状部材の下面は、前記円形平面部材の下面と同一平面上にあり、前記環状部材は、前記反応チャンバ本体の内側上に位置し、環状フランジが、前記環状部材の外周壁の周囲に配置され、前記環状フランジは、前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられ、前記ガス孔の各々のガス入口端が、前記環状フランジの上面上に位置し、前記ガス孔の各々のガス出口端は、前記環状部材の下面上に位置し、
前記ガス分配リングは、前記反応チャンバ本体の前記内側上に位置し、前記環状部材の前記下面上に積み重ねられる、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項10】

前記貫通孔の直径は、φ１ｍｍ～φ１０ｍｍの範囲であり、前記円形平面部材の気孔率は、１０％～８０％の範囲であり、
前記ガス孔の直径は、φ１ｍｍ～φ８ｍｍの範囲である、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項11】

半導体反応チャンバと、上部無線周波数システムと、下部無線周波数システムとを備える、原子層プラズマエッチング装置であって、前記半導体反応チャンバは、請求項１～１０のいずれか一項に記載の前記半導体反応チャンバであり、ウェハを支えるように構成されたベースが、前記半導体反応チャンバ中に配置され、前記半導体反応チャンバは、前記反応チャンバ本体と、前記反応チャンバ本体から離れる方向に沿って順番に前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられた前記プロセス反応ガス入口部材及び前記誘電体窓とを含み、中心ノズルシステムが、前記誘電体窓上に配置され、前記プラズマ生成エリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され、前記上部無線周波数システムは、前記誘電体窓の上方に配置され、前記プラズマ生成ガスを励起して前記プラズマを形成するように構成され、前記下部無線周波数システムは、前記ベースに電気的に接続され、バイアス電圧電力を負荷するように構成される、原子層プラズマエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、一般に、半導体製造分野に属し、原子層プラズマエッチング技術に関し、より具体的には、半導体反応チャンバ及び原子層プラズマエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]エッチングは、チップ製造プロセス分野において必須のステップであり、主に、ウェハから材料を除去して、パターン化された特徴を形成することを含む。プラズマエッチング技術は、チップ製造プロセスにおいて広く使用されている。一般に、プロセスガスが反応チャンバに入った後、プロセスガスは、無線周波数電力によって励起されてイオン化され、プラズマを形成する。プラズマは、被エッチング材料の表面との物理的及び化学的反応を生成して、揮発性反応生成物を形成する。反応生成物は、被エッチング材料の表面から分離され、真空システムによって反応チャンバから吸い出される。

【0003】

[0003]プラズマエッチング技術は、プラズマエッチング装置に依拠することによって実現される。エッチング前に、プラズマエッチング装置の反応チャンバは真空状態であり、被加工ウェハが下部電極上に配置されている。エッチング加工が開始されると、ウェハは下部電極によって吸着される。プロセスガスは、誘電体窓の中心に位置するノズルを通って反応チャンバ中に注入される。反応チャンバ中のプロセスガスをイオン化してプラズマを形成し、パターンマスクの露光後にウェハのエッチングプロセスを完了するための高周波電源が、上部電極には載置される。

【0004】

[0004]しかしながら、既存のプラズマエッチング装置は、（アルゴンなどの）プラズマ生成ガスと（塩素などの）プロセス反応ガスとを同じ流路中に混入するように構成されており、それは、ガス注入を精密且つ迅速に制御することを困難にし、形成されるプラズマのエネルギー密度が高く、それは、過剰反応を形成しやすく、ウェハパターンの微細エッチングに影響を及ぼす。空間がほとんど又は全くない微小構造を加工するために、プラズマがウェハに衝突すると、微小構造は、ウェハ上で損傷を受け得る。

【発明の概要】

【0005】

[0005]既存の技術における問題を解決するために、本開示の実施形態は、半導体反応チャンバを提供し、それは、
誘電体窓及び反応チャンバ本体と、ここで、誘電体窓は、反応チャンバ本体の上方に配置され、プラズマ生成エリアが、誘電体窓の下方に位置し、
誘電体窓と反応チャンバ本体の頂壁との間に配置され、プラズマ生成エリアを上部における強プラズマエリアと下部における弱プラズマエリアとに分割するスプレーヘッドと、ここで、複数の貫通孔が、スプレーヘッドの中心エリア中に分布し、強プラズマエリア中のプラズマが通過することを可能にするように構成され、スプレーヘッドの縁部エリアが、第１のガス流路を設けられ、第１のガス流路のガス出口端が、弱プラズマエリアと連通され、
スプレーヘッドの第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置するプロセス反応ガス入口部材と、ここで、第２のガス流路が、プロセス反応ガス入口部材中に配置され、第２のガス流路は、第１のガス流路中にプロセス反応ガスを導入するように構成され、
を備える。

【0006】

[0006]いくつかの実施形態では、第１のガス流路は、スプレーヘッドの円周方向に沿って間隔を置いて配置された複数のガス孔を含み、
プロセス反応ガス入口部材は、ガス分配及び支持リングであり、ガス分配及び支持リングの少なくとも一部は、スプレーヘッドの上面上に積み重ねられ、第２のガス流路の複数のガス出口端が設けられ、ガス分配及び支持リングの、スプレーヘッドの上面と接触する表面上に位置し、１対１の対応で複数のガス孔のガス入口端と連通される。

【0007】

[0007]いくつかの実施形態では、第２のガス流路は、１つのガス入口端を有し、それは、ガス分配及び支持リングの上面上に位置し、
第２のガス流路は、ガス分配及び支持リングと同心であり、異なる半径を有する複数の弧形状の副ガス流路群と、複数の下部出口とを含み、複数の弧形状の副ガス流路群は、順番に連通される。２つの連通された弧形状の副ガス流路群では、下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路の数は、上流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路の数の２倍であり、
最下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路のガス出口端の数は、ガス孔の数と同じであり、ガス出口端は、下部出口を通して１対１の対応でガス孔と連通される。

【0008】

[0008]いくつかの実施形態では、３つの弧形状の副ガス流路群は、ガス入口方向に第１の弧形状の副ガス流路群、第２の円弧形状の副ガス流路群、及び第３の円弧形状の副ガス流路群に含まれ、且つそれらを含み、第３の円弧形状の副ガス流路群の半径は、第２の円弧形状の副ガス流路群の半径よりも大きく、第１の弧形状の副ガス流路群の半径よりも小さく、
第１の弧形状の副ガス流路群は、１つの弧形状の副ガス流路を含み、第２の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の２つの弧形状の副ガス流路を含み、第３の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の４つの弧形状の副ガス流路を含み、弧形状の副ガス流路の各々は、中間位置に位置する１つのガス入口端を含み、弧形状の副ガス流路の各々は、両端に位置する２つのガス出口端を含む。

【0009】

[0009]いくつかの実施形態では、半導体反応チャンバは、
スプレーヘッドの下方の周囲に配置されたガス分配リングを更に含み、複数の第３のガス流路が、ガス分配リングの円周方向に沿って間隔を置いてガス分配リング中に配置され、第３のガス流路のガス入口端が、１対１の対応でガス孔のガス出口端と連通され、ガス孔のガス出口端は、第３のガス流路を通して弱プラズマエリアと連通される。

【0010】

[0010]いくつかの実施形態では、第３のガス流路の各々のガス入口端は、ガス分配リングの上面上に位置し、第３のガス流路の各々のガス出口端は、ガス分配リングの内側壁上に位置し、
第３のガス流路の各々のガス出口端のガス出口方向は、反応チャンバ本体の軸方向に対して垂直であるか、又は反応チャンバ本体の軸方向と所定の角度を形成する。

【0011】

[0011]いくつかの実施形態では、スプレーヘッドは、円形平面部材と、スプレーヘッドに接続され、且つ円形平面部材を囲む環状部材とを含み、複数の貫通孔が、円形平面部材中に均等に分布し、複数のガス孔が、環状部材の円周方向に沿って間隔を置いて分布する。

【0012】

[0012]いくつかの実施形態では、複数の円形平面部材が含まれ、互いに積み重ねられる。

【0013】

[0013]いくつかの実施形態では、環状部材の厚さは、円形平面部材の厚さよりも大きく、環状部材の下面は、円形平面部材の下面と同一平面上にあり、環状部材は、反応チャンバ本体の内側上に位置し、環状フランジが、環状部材の外周壁の周囲に配置され、環状フランジは、反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられ、ガス孔の各々のガス入口端が、環状フランジの上面上に位置し、ガス孔の各々のガス出口端は、環状部材の下面上に位置し、
ガス分配リングは、反応チャンバ本体の内側上に位置し、環状部材の下面上に積み重ねられる。

【0014】

[0014]いくつかの実施形態では、貫通孔の直径は、φ１ｍｍ～φ１０ｍｍの範囲である。円形平面部材の気孔率は、１０％～８０％の範囲であり、
ガス孔の直径は、φ１ｍｍ～φ８ｍｍの範囲である。

【0015】

[0015]半導体反応チャンバと、上部無線周波数システムと、下部無線周波数システムとを備える、原子層プラズマエッチング装置であって、半導体反応チャンバは、本開示の実施形態の半導体反応チャンバであり、ウェハを支えるように構成されたベースが、半導体反応チャンバ中に配置され、半導体反応チャンバは、反応チャンバ本体と、反応チャンバ本体から離れる方向に沿って順番に反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられたプロセス反応ガス入口部材及び誘電体窓とを含み、中心ノズルシステムが、誘電体窓上に配置され、プラズマ生成エリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され、上部無線周波数システムは、誘電体窓の上方に配置され、プラズマ生成ガスを励起してプラズマを形成するように構成され、下部無線周波数システムは、ベースに電気的に接続され、バイアス電圧電力を負荷するように構成される、原子層プラズマエッチング装置である。

【0016】

[0016]本開示の実施形態によって提供される半導体反応チャンバでは、プラズマ生成エリアは、スプレーヘッドを通して、上部における強プラズマエリアと、下部における弱プラズマエリアとに分割することができる。スプレーヘッドの中心エリア中に分布する複数の貫通孔は、強プラズマエリアから貫通孔に入るプラズマのエネルギーを低減することができる。このことから、弱プラズマエリアに入るプラズマは、低エネルギー密度プラズマであり得、それは、プラズマエッチング又は原子層エッチング用の低エネルギープラズマ源を提供して、プラズマ損傷を低減することができる。特に、空間がほとんど又は全くない微細構造を加工するとき、ウェハ上の微細構造は、損傷を受けることを防止され得る。加えて、スプレーヘッドの縁部エリア中の第１のガス流路と、プロセス反応ガス入口部材中の第２のガス流路との助けを借りて、弱プラズマエリア中にのみプロセス反応ガスを導入するように構成された投入流路を形成することができる。このことから、ガスの迅速且つ精密な制御及び投入が、原子層エッチングプロセスのガス迅速制御要件を満たすように実現され得る。

【0017】

[0017]本開示の実施形態の原子層プラズマエッチング装置は、本開示の実施形態の上述の半導体反応チャンバを使用することによって、低エネルギープラズマ源を提供し、プラズマ損傷を低減し、原子層エッチングプロセスのガス迅速制御要件を満たすようにガスの迅速且つ精密な制御及び投入を実現することができる。

【0018】

[0018]本開示の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面に関連して本開示の例証的な実施形態のより詳細な説明を実行することによってより明らかになるであろう。同じ参照番号は、一般に、本開示の例証的な実施形態における同じ部分を表す。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】[0019]既存の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッジング装置マグネトロン機構の概略構造図である。

【図2】[0020]プラズマエッチング装置の概略構造図である。

【図3】[0021]ガス分配デバイスの概略構造分解図である。

【図4】[0022]本開示の第１の実施形態による半導体反応チャンバの概略構造図である。

【図5A】[0023]本開示の第１の実施形態によるスプレーヘッドの概略断面図である。

【図5B】[0024]本開示の第１の実施形態によるスプレーヘッドの概略上面図である。

【図6A】[0025]本開示の第１の実施形態によるプロセス反応ガスのガス入口部材の概略断面図である。

【図6B】[0026]本開示の第１の実施形態によるプロセス反応ガスのガス入口部材の概略上面図である。

【図7】[0027]本開示の第１の実施形態によるプロセス反応ガスのガス入口部材の概略内部構造図である。

【図8】[0028]本開示の第２の実施形態による半導体反応チャンバの概略構造図である。

【図9A】[0029]本開示の第２の実施形態によるガス分配リングの概略上面図である。

【図9B】[0030]図９の線Ａ－Ａに沿った概略断面図である。

【図9C】[0031]図９ＢのエリアＩの概略拡大図である。

【図10】[0032]本開示の第３の実施形態による原子層プラズマエッチング装置の概略構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

[0033]本開示の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明する。本開示の好ましい実施形態を添付の図面に示しているが、本開示は様々な形態で実装され得、本開示の実施形態によって限定されるべきではないことを理解されたい。むしろ、これらの実施形態は、本開示を徹底的且つ完全にし、当業者に本開示の範囲を十分に伝達するように提供される。

【0021】

[0034]図１に示すように、既存の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置は、主に、チャンバ本体１、上部無線周波数システム２、誘電体窓３、ライナ４、及び静電チャック５、フォーカスリング６、静電チャックベース７、下部無線周波数システム８、圧力制御弁９、真空システム１０、プロセスガスノズル１１、ウェハ搬送ギャップ１２を含む。

【0022】

[0035]誘電体窓３は、チャンバ本体１の頂部上に配置される。静電チャック５は、チャンバ本体１中に配置され、ウェハを支えるための静電チャックベース７上に配置される。誘電体窓３と静電チャック５との間のエリアは、プラズマ生成エリアである。プロセスガスノズル１１は、誘電体窓３上に配置され、上述のプラズマ生成エリアにプロセスガスを移送するように構成される。上部無線周波数システム２は、誘電体窓３の上方に配置され、プロセスガスを励起してプラズマを形成するように構成される。下部無線周波数システム８は、静電チャック５に電気的に接続され、静電チャック５にバイアス電力を印加するように構成される。加えて、フォーカスリング６は、静電チャック５の周囲に配置される。ライナ４は、チャンバ本体１の上述のプラズマエリアの周囲に配置される。真空システム１０は、チャンバ本体１の下部からの出口を通して排気される。

【0023】

[0036]しかしながら、既存のプラズマエッチング装置は、（アルゴンなどの）プラズマ生成ガスと（塩素などの）プロセス反応ガスとを同じ流路中に混入するように構成されており、それは、ガス注入を精密且つ迅速に制御することを困難にし、形成されるプラズマのエネルギー密度が高く、それは、過剰反応を形成しやすく、ウェハパターンの微細エッチングに影響を及ぼす。空間がほとんど又は全くない微小構造を加工するために、プラズマがウェハに衝突すると、微小構造は、ウェハ上で損傷を受け得る。

【0024】

[0037]図２は、プラズマエッチング装置の概略構造図である。図２を参照すると、装置は、反応チャンバ９４を含む。石英カバー９２は、反応チャンバ９４の上方に配置される。ガス入口ノズル取り付け孔９１が、石英カバー９２のほぼ中心に配置される。ここに取り付けられたガス入口ノズルは、反応チャンバ９４の下部に位置するガス分配チャンバ９０中に反応チャンバ９４の外側のプロセスガスを注入するように構成され得る。加えて、静電チャック９７が、反応チャンバ９４中に配置され、ウェハ９９を吸着及び固定するように構成される。フォーカスリング９８が、静電チャック９７の周囲に配置され、プラズマによって衝突されることから下部電極部を保護するように構成される。ライナ９３は、反応チャンバ９４の内壁の周囲に配置され、反応チャンバ９４の内壁がエッチング反応生成物によって汚染されることを防止するように構成される。加えて、複数の小孔が、ライナ９３の底部に配置され、ガス抽出チャンバ９５に反応チャンバ９４中の反応生成物を移送し、ガス抽出チャンバ９５のガス出口９６から反応生成物を放出するように構成される。

【0025】

[0038]図３は、ガス分配デバイスの概略構造分解図である。図３を参照すると、ガス分配デバイス２６は、上部位置に位置する支持プレート２０と、下部位置に位置するスプレーヘッド電極２２とを含み、それらは、共に組み立てられてガス分配チャンバを形成する。ガス流分配をより均一にするために、チョーク流れアセンブリが、上述のガス分配チャンバ中に配置され、それは、１つ以上のチョーク流れプレート（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，．．．）を含む。ガス分配デバイスは、二重ゾーン（二重経路）ガス入口システムに特に適し得る。第１の経路のガス（即ち、中心ゾーンガス）は、支持プレート２０上に配置された中心ガス入口パイプライン４０を通ってデバイスに入り得る。第２の経路のガス（即ち、縁部エリア中のガス）は、支持プレート２０上に配置された縁部ガス入口流路４４からデバイスに入り得る。支持プレート２０に最も近いチョーク流れプレート３０Ａでは、中心エリア４２及び縁部エリア４６は、封止リング３８によって分離される。このことから、第１の経路のガスは、ガス分配チャンバの中心エリア４２に入り得、第２の経路のガスは、ガス分配チャンバの縁部エリア４６に入り得る。均一なガス分配は、スプレーヘッド電極２２の背面２８において最終的に得られ得る。次いで、ここで均一に分配されたガスは、スプレーヘッド電極２２（半導体エッチング装置の上部電極）を通って反応チャンバに入り、反応チャンバ中の被加工ウェハの上方に均一なガス分配を形成し得る。加えて、上面及び下面に対して実質的に垂直であるガス孔流路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５４、等が、上述のチョーク流れアセンブリ及びスプレーヘッド電極２２上に均等に分布する。

【0026】

[0039]図２に示すガス分配チャンバ９０は、プロセスガスを反応チャンバ９４に均一に入らせるように構成される。図３に示すガス分配デバイスは、孔を有する４層のシーブプレートを通してガスを分配することによって、均一なガス拡散の目的を達成することができる。図２に示すガス分配チャンバ９０及び図３に示すガス分配デバイスは、主に、プロセスガスを均一に分配するように構成されるが、いずれもプラズマのエネルギー密度を低減することができないことが分かる。

【0027】

[0040]第１の実施形態

【0028】

[0041]図４を参照すると、本実施形態は、誘電体窓１０８、反応チャンバ本体１００、スプレーヘッド１０７、及びプロセス反応ガス入口部材１０６を含む半導体反応チャンバを提供する。誘電体窓１０８の材料は、セラミック材料又は石英材料であり得る。誘電体窓１０８は、反応チャンバ本体１００の上方に配置される。プラズマ生成エリアは、誘電体窓１０８の下方にある。加えて、中心ノズルシステム１０９が、誘電体窓１０８上に配置され、上述のプラズマ生成エリア中に（アルゴンなどの）プラズマ生成ガスを導入するように構成される。加えて、チャンバ本体１００は、ウェハ１１７を支えるように構成されたベース１０３を含む。ベース１０３は、例えば、静電チャックであり得る。静電チャックは、静電チャックベース１０２を通して反応チャンバ本体１００中に配置される。

【0029】

[0042]図５Ａ及び図５Ｂを共に参照すると、スプレーヘッド１０７は、例えば、金属材料から作られる。スプレーヘッド１０７は、誘電体窓１０８と反応チャンバ本体１００の頂壁との間に配置され、上述のプラズマ生成エリアを、上部における強プラズマエリア１２８と下部における弱プラズマエリア１２９とに分割する。強プラズマエリア１２８は、プラズマ点火を容易にし得る。加えて、複数の貫通孔１２０が、スプレーヘッド１０７の中心エリア中に分布し、強プラズマエリア１２８中のプラズマが通過することを可能にするように構成される。貫通孔１２０は、強プラズマエリア１２８から貫通孔１２０に入るプラズマのエネルギーを低減することができる。このことから、弱プラズマエリア１２９に入るプラズマは、低エネルギー密度を有するプラズマであり得、それは、プラズマエッチング又は原子層エッチングなどのエッチングプロセス用の低エネルギーを有するプラズマ源を提供することができる。プラズマ損傷が、低減され得る。特に、空間がほとんど又は全くない微細構造が加工されるとき、ウェハ上の微細構造は、損傷を受けることを防止され得る。加えて、スプレーヘッドの縁部エリア中の第１のガス流路と、プロセス反応ガス入口部材中の第２のガス流路との助けを借りて、弱プラズマエリア中にのみプロセス反応ガスを導入するように構成された投入流路が形成され得る。このことから、ガスは、原子層エッチングプロセスのガス高速制御要件を満たすように、高速且つ精密に制御及び投入することができる。

【0030】

[0043]図４に示すように、第１のガス流路は、スプレーヘッド１０７の縁部エリア中に配置される。第１の空気流路のガス出口端は、弱プラズマエリア１２９と連通される。プロセス反応ガス入口部材１０６が、スプレーヘッド１０７の第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置する。第２のガス流路が、プロセス反応ガス入口部材１０６中に配置される。第２のガス流路は、第１のガス流路に（塩素などの）プロセス反応ガスを導入するように構成され得る。スプレーヘッド１０７の縁部エリア中の第１のガス流路及びプロセス反応ガス入口部材１０６中の第２のガス流路の助けを借りて、弱プラズマエリア１２９中にのみプロセス反応ガスを導入するように構成された投入流路を形成することができ、それは、原子層エッチングプロセスのガス迅速制御要件を満たすようにガスの迅速且つ精密な制御及び投入を実現することができる。

【0031】

[0044]いくつかの実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、上述の第１のガス流路は、スプレーヘッド１０７の円周方向に沿って間隔を置いて分布する複数のガス孔１１９を含み、それらは、プロセス反応ガスを均一に分配するように構成される。更に、いくつかの実施形態では、ガス孔１１９のガス入口端と上述の第２のガス流路のガス出口端との間の連通を容易にするために、ガス孔１１９のガス出口端は、弱プラズマエリア１２９と連通される。各ガス孔１１９は、斜めに配置され、即ち、各ガス孔１１９の軸線は、反応チャンバ本体１００の軸線と夾角を形成する。ガス孔１１９のガス出口端は、ガス入口端よりも反応チャンバ本体１００の軸線に近くあり得る。

【0032】

[0045]上述のスプレーヘッド１０７は、様々な構造を有し得る。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、スプレーヘッド１０７は、円形平面部材１０７ａと、スプレーヘッド１０７に接続され、且つ円形平面部材１０７ａを囲む環状部材１０７ｂとを含む。円形平面部材１０７ａは、円板形状である。複数の貫通孔１２０は、円形平面部材１０７ａ上に均等に分布し、例えば、同心円状に円形平面部材１０７ａ上に均一に分布する。いくつかの実施形態では、貫通孔１２０の軸線は、円形平面部材１０７ａが位置する平面に対して垂直である。複数のガス孔１１９は、環状部材１０７ｂの円周方向に沿って間隔を置いて分布する。

【0033】

[0046]いくつかの実施形態では、任意選択で、環状部材１０７ｂの厚さは、円形平面部材１０７ａの厚さよりも大きくあり得る。環状部材１０７ｂの下面は、円形平面部材１０７ａの下面と同一平面上にあり得る。環状部材１０７ｂは、反応チャンバ本体１００の内側上に位置し得る。環状フランジが、環状部材１０７ｂの外周壁を囲むように配置され得る。環状フランジは、反応チャンバ本体１００の頂部に積み重ねられて、環状部材１０７ｂと反応チャンバ本体１００との間の固定接続を実現し得る。各ガス孔１１９のガス入口端は、上述の環状フランジの上面上に位置し得る。各ガス孔１１９のガス出口端は、環状部材１０７ｂの下面に位置し、それは、ガス孔１１９のガス入口端と第２のガス流路のガス出口端との連通を容易にする。ガス孔１１９のガス出口端は、弱プラズマエリア１２９と連通され得る。

【0034】

[0047]本実施形態では、１つの円形平面部材１０７ａが含まれ得ることに留意されたい。しかしながら、本開示の実施形態は、これに限定されない。実際の適用では、複数の円形平面部材１０７ａが設けられ、互いに積み重ねられ得る。

【0035】

[0048]いくつかの実施形態では、貫通孔１２０の直径は、φ１ｍｍ～φ１０ｍｍの範囲、好ましくはφ４ｍｍであり得る。円形平面部材１０７ａの気孔率は、１０％～８０％の範囲、好ましくは６０％であり得る。貫通孔１２０の直径及び円形平面部材１０７ａの気孔率を上記の２つの範囲内に設定することによって、弱プラズマエリア１２９に入るプラズマは、低エネルギー密度プラズマとなることを保証され得る。当然ながら、実際の適用では、貫通孔１２０の直径及び円形平面部材１０７ａの気孔率は、スプレーヘッド１０７のガス流量及びプラズマ点火圧力などのパラメータに従って自由に設定することができる。

【0036】

[0049]いくつかの実施形態では、ガス孔１１９の直径は、φ１ｍｍ～φ８ｍｍの範囲に設定することができる。いくつかの実施形態では、ノズルをガス孔１１９に配置することができる。ノズルの直径は、例えば、φ１ｍｍ～φ５ｍｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、ガス孔１１９の数は、８であり得、ガス孔１１９の直径は、φ４ｍｍに設定され得る。

【0037】

[0050]いくつかの実施形態では、任意選択で、スプレーヘッド１０７の円形平面部材１０７ａの上面と誘電体窓１０８の下面との間の垂直距離は、２０ｍｍ～２００ｍｍ、好ましくは４０ｍｍ～１００ｍｍの範囲であり得る。スプレーヘッドの円形平面部材１０７ａの下面とベース１０３上に配置されたウェハの上面との間の垂直距離は、２０ｍｍ～１００ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ～８０ｍｍの範囲であり得る。例えば、スプレーヘッド１０７の円形平面部材１０７ａの上面と誘電体窓１０８の下面との間の垂直距離は、６０ｍｍであり得る。スプレーヘッドの円形平面部材１０７ａの下面とベース１０３上のウェハの上面との間の距離は、４０ｍｍであり得る。

【0038】

[0051]いくつかの実施形態では、任意選択で、上述のプロセス反応ガス入口部材１０６は、ガス分配及び支持リングであり得る。ガス分配及び支持リングは、主に、２つの機能を含み得、第１に、誘電体窓１０８のための支持部材として使用され、内部にチャンバを形成し、第２に、プロセス反応ガスを第２のガス流路を通って上述の第１のガス流路に入らせるためのガス分配機構として使用され得る。いくつかの実施形態では、ガス分配及び支持リングの少なくとも一部は、スプレーヘッド１０７の上面上に積み重ねられ、複数のガス孔１１９に対応し得る。上述の第２のガス流路の複数のガス出口端が、スプレーヘッド１０７の上面に接触するガス分配及び支持リングの表面上に設けられ且つ位置し、第２のガス流路を第１のガス流路と連通させるために１対１の対応で複数のガス孔１１９のガス入口端と連通され得る。

【0039】

[0052]いくつかの実施形態では、任意選択で、図６Ｂを参照すると、第２のガス流路の１つのガス入口端１１８ａは、１つのガス入口端１１８ａを有し、それは、ガス分配及び支持リングの上面上に位置し、ガス入口パイプライン１１８と連通するように構成される。図６Ａに示すように、第２のガス流路は、上述のガス分配及び支持リングと同心であり、異なる半径を有する複数の弧形状の副ガス流路群と、複数の下部出口１２３とを含む。複数の弧形状の副ガス流路群が順番に連通され得る。２つの連通された弧形状の副ガス流路群では、下流の弧形状の副ガス流路群中の弧形状の副ガス流路の数は、上流の弧形状の副ガス流路群中の弧形状の副ガス流路の数の２倍であり得る。このことから、第２のガス流路のガス入口端１１８ａから最上流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路に入る経路プロセス反応ガスは、複数の下流の弧形状の副ガス流路群中の対応する数の弧形状の副ガス流路によって平均して複数の副経路に順番に分割され得る。即ち、経路プロセス反応ガスは、まず、２つの副経路に分割され得、２つの経路は、次いで、４つの副経路に分割され得、以下同様である。最下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路のガス出口端の数は、ガス孔１１９と同じ数を有し得る。ガス出口端は、１対１の対応で複数の下部出口１２３を通してガス孔１１９と連通され得る。

【0040】

[0053]例えば、図６Ａ及び図７に示すように、３つの弧形状の副ガス流路群が含まれ、ガス入口方向に第１の弧形状の副ガス流路群１３１、第２の弧形状の副ガス流路群１３２、及び第３の弧形状の副ガス流路群１３３を含む。第３の弧形状の副ガス流路群１３３の半径は、第２の弧形状の副ガス流路群１３２の半径よりも大きく、第１の弧形状の副ガス流路群１３１の半径よりも小さくあり得る。加えて、第１の弧形状の副ガス流路群１３１は、弧形状の副ガス流路を含み得る。第２の弧形状の副ガス流路群１３２は、２つの中心対称の弧形状の副ガス流路を含み得る。第３の弧形状の副ガス流路群１３３は、４つの中心対称の弧形状の副ガス流路を含み得る。各弧形状の副ガス流路は、１つのガス入口端を含み得、中間位置中に位置する。各弧形状の副ガス流路は、２つのガス出口端を含み、両端に位置し得る。具体的には、第１の弧形状の副ガス流路群１３１の弧形状の副ガス流路の中間位置における入口端は、第２のガス流路のガス入口端１１８ａとして使用され得、ガス入口パイプライン１１８と連通され得る。弧形状の副ガス流路の両端における２つのガス出口端は、第２の弧形状の副ガス流路群１３２中の２つの弧形状の副ガス流路の中間位置におけるガス入口端とそれぞれ連通され得る。２つの弧形状の副ガス流路の両端における２つのガス出口端は、第３の弧形状の副ガス流路群１３３中の４つの弧形状の副ガス流路の中間位置におけるガス入口端と連通され得る。図６Ａに示すように、４つの弧形状の副ガス流路の両端に位置する２つのガス出口端は、下部出口１２３と全て連通される。このことから、１つの経路プロセス反応ガスを、複数の副経路に均等に分割することができ、副経路のガス流経路は、同じであることを保証することができる。このことから、副経路中のプロセス反応ガスは、同時に下部出口１２３に到達することができる。いくつかの実施形態では、下部出口１２３の数は、４～１２であり得る。このことから、１つの経路プロセス反応ガスは、これに対応して４～１２個の部分に分割され得る。

【0041】

[0054]いくつかの実施形態では、任意選択で、耐プラズマスプレーなどの表面加工が、プラズマと接触する部分の表面に実行され得る。例えば、アルミニウム材料の場合、表面酸化加工及び酸化イットリウム溶射加工が必要とされ得る。

【0042】

[0055]第２の実施形態

【0043】

[0056]図８を参照すると、本実施形態の半導体反応チャンバは、上述の第１の実施形態と比較して、誘電体窓１０８、反応チャンバ本体１００、スプレーヘッド１０７、及びプロセス反応ガス入口部材１０６も含む。これらの構成要素の構造及び機能は、上述の第１の実施形態において詳細に説明しているので、これらの構成要素の構造及び機能は、ここでは繰り返さない。本実施形態において提供される半導体反応チャンバと上述の第１の実施形態との間の差異のみを、以下に詳細に記載する。

【0044】

[0057]具体的には、半導体反応チャンバは、ガス分配リング１１０を更に含む。ガス分配リング１１０は、スプレーヘッド１０７の下方の周囲に配置される。図９Ａ～図９Ｃに示すように、複数の第３のガス流路が、ガス分配リング１１０中に円周方向に沿って間隔を置いて配置される。第３のガス流路のガス入口端は、１対１の対応でガス孔１１９のガス出口端と連通される。ガス孔１１９のガス出口端は、上述の第３のガス流路を通して弱プラズマエリア１２９と連通され得る。第３のガス流路は、複数の構造を含み得る。例えば、図９Ｃに示すように、第３のガス流路は、ガス分配リング１１０の軸方向に沿って配置された第１の貫通孔１２２と、ガス分配リング１１０の半径方向に沿って配置された第２の貫通孔１２１とを含む。第１の貫通孔１２２のガス入口端は、第３のガス流路のガス入口端として使用され得、ガス分配リング１１０の上面に位置し得る。第１の貫通孔１２２のガス出口端は、第２の貫通孔１２１のガス入口端と連通され得る。第２の貫通孔１２１のガス出口端は、第３のガス流路のガス出口端として使用され得、ガス分配リング１１０の内側壁上に位置し得る。

【0045】

[0058]いくつかの実施形態では、スプレーヘッドが、第３のガス流路に配置され得る。スプレーヘッドの直径は、例えば、φ２ｍｍであり得る。

【0046】

[0059]一方では、ガス分配リング１１０は、弱プラズマエリア１２９にプロセス反応ガスを均一且つ制御可能に移送するように構成され得る。他方では、ガス分配リング１１０は、反応チャンバ本体１００の内部チャンバを満たし得る。弱プラズマエリア１２９は、スプレーヘッド１０７、ガス分配リング１１０、及びベース１０３によって形成され、且つ取り囲まれ得る。従来の反応チャンバ本体１００と比較して、弱プラズマエリア１２９の体積が大幅に低減され得、それは、ガス流滞留時間を低減し、エッチング加工及び補助時間の切り替え効率を改善し、原子層プラズマエッチング用のハードウェア基盤を提供するのに有益である。

【0047】

[0060]例えば、ガス分配リング１１０は、上述の反応チャンバ本体１００の内側に位置し、スプレーヘッド１０７の環状部材１０７ｂの下面上に積み重ねられ得る。

【0048】

[0061]本実施形態では、第２の貫通孔１２１は、ガス分配リング１１０の半径方向に沿って配置され得ることに留意されたい。しかしながら、本開示の実施形態は、これに限定されない。実際の適用では、第２の貫通孔１２１はまた、所望のガス入口方向を得るために、反応チャンバ本体１００の軸方向と所定の夾角を有し得る。

【0049】

[0062]本実施形態では、第３のガス流路は、第１の貫通孔１２２及び第２の貫通孔１２１を含み得る。しかしながら、本開示の実施形態は、これに限定されない。実際の適用では、第３のガス流路はまた、傾斜しており、且つ反応チャンバ本体１００の軸方向又は任意の他の構造と所定の角度を有する貫通孔であり得る。

【0050】

[0063]本実施形態の他の構成要素の構造及び機能は、上述の第１の実施形態のものと同じであり得る。他の構成要素の構造及び機能は、上述の第１の実施形態において詳細に説明しているので、他の構成要素の構造及び機能は、ここでは繰り返さない。

【0051】

[0064]上述の第１及び第２の実施形態では、任意選択で、半導体反応チャンバは、フォーカスリング１０５及びライナ１０１を更に含み得る。フォーカスリング１０５は、ベース１０３（例えば、静電チャック）の外側に配置され、下部構成要素を保護するように構成され得る。ライナ１０１は、エッチング反応生成物が反応チャンバを汚染することを防止するために、ガス分配リング１１０とベース１０３との間及び反応チャンバ本体１００の内壁の周囲に配置され得る。ライナ１０１の下部及び側部は、ガス流を容易にするために格子孔を設けられ得る。

【0052】

[0065]いくつかの実施形態では、半導体反応チャンバは、ベースリング１０４を更に含み得る。ベースリング１０４は、ベース１０３の周囲に配置され得る。フォーカスリング１０５は、ベースリング１０４上に配置され得る。

【0053】

[0066]加えて、開口部１１１が、ライナ１０１及び反応チャンバ本体１００上に配置され、ウェハ１１７を搬送するように構成され得る。開口部１１１は、内部ドアを設けられ得る（ギャップは、搬送が完了した後に閉鎖される）。ウェハ１１７が搬送されるとき、内部ドアが開放され得る。ウェハ１１７が静電チャック上に載置された後、内部ドアが閉鎖されて、封止エリア中にプラズマエリアが形成される。搬送プラットフォームと半導体反応チャンバとの間のウェハ１１７の搬送は、真空マニピュレータ１１６によって達成することができる。

【0054】

[0067]要約すると、本開示の実施形態の半導体反応チャンバでは、プラズマ生成エリアは、スプレーヘッドを通して、上部における強プラズマエリアと、下部における弱プラズマエリアとに分割され得る。スプレーヘッド中の中間エリアに分布する複数の貫通孔は、強プラズマエリアから貫通孔に入るプラズマのエネルギーを低減するように構成され得る。このことから、弱プラズマエリアに入るプラズマは、低エネルギー密度を有するプラズマであって、プラズマエッチング又は原子層エッチングのエッチングプロセス用の低エネルギープラズマ源を提供し、プラズマ損傷を低減し得る。特に、空間がほとんど又は全くない微細構造が加工されるとき、ウェハ上の微細構造は、損傷を受けることを防止され得る。加えて、スプレーヘッドの縁部エリア中の第１のガス流路と、プロセス反応ガス入口部材中の第２のガス流路との助けを借りて、投入流路が、弱プラズマエリア中にのみプロセス反応ガスを導入するように構成される。このことから、ガスの迅速且つ精密な制御及び投入が達成され得、それは、原子層エッチングプロセスのガス迅速制御要件を満たす。

【0055】

[0068]第３の実施形態

【0056】

[0069]本実施形態は、原子層プラズマエッチング装置を提供する。プラズマエッチング装置は、従来の低密度プラズマエッチング加工を完了し、原子層エッチングの原理と組み合わせて原子層エッチング加工を実行するように構成することができる。

【0057】

[0070]図１０を参照すると、プラズマエッチング装置は、半導体反応チャンバ、上部無線周波数システム１１２、及び下部無線周波数システム１１３を含む。上述の半導体反応チャンバは、本開示の実施形態の半導体反応チャンバである。ウェハを支えるように構成されたベース１０３が、半導体反応チャンバ中に配置される。半導体反応チャンバは、反応チャンバ本体１００と、反応チャンバ本体１００から離れる方向に沿って反応チャンバ本体１００の頂部上に順番に積み重ねられたプロセス反応ガス入口部材１０６及び誘電体窓１０８とを含む。加えて、スプレーヘッド１０７は、誘電体窓１０８と反応チャンバ本体１００の頂壁との間に配置され、上述のプロセス反応ガス入口部材１０６の内側上に位置する。いくつかの実施形態では、ガス分配リング１１０は、スプレーヘッド１０７の下方の周囲に配置される。

【0058】

[0071]加えて、中心ノズルシステム１０９が誘電体窓１０８上に配置され、プラズマ生成エリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され得る。上部無線周波数システム１１２は、誘電体窓１０８の上方に配置され、プラズマ生成ガスを励起してプラズマを形成するように構成され得る。下部無線周波数システム１１３は、ベース１０３に電気的に接続され、バイアス電力を負荷するように構成され得る。例えば、上部無線周波数システム１１２は、高周波電源を提供し、ガスをイオン化してプラズマを生成するように構成され得る。下部無線周波数システム１１３は、ベース１０３にバイアス電力を印加し得、それは、ウェハ１１７の表面に向かって移動するようにプラズマを加速させて、ウェハ１１７のプラズマエッチング加工を実現することができる。圧力制御弁１１４及び真空ポンプシステム１１５が、反応チャンバ本体１００の下部に配置され、反応チャンバ本体１００中の圧力及び排気を制御するように構成され得る。真空ポンプシステム１１５は、ガスを排出するように構成されたガス排出開口部１３０を含み得る。

【0059】

[0072]加えて、開口部１１１が、ライナ１０１及び反応チャンバ本体１００上に配置され、ウェハ１１７を搬送するように構成され得る。開口部１１１は、内部ドアを設けられ得る（開口部１１１は、移送が完了した後に閉鎖される）。ウェハ１１７が搬送されるとき、内部ドアが開放され得る。ウェハ１１７がベース１０３上に載置された後、内部ドアが閉鎖されて、封止エリア中にプラズマエリアが形成され得る。搬送プラットフォームと反応チャンバとの間のウェハ１１７の搬送は、真空マニピュレータ１１６によって達成され得る。

【0060】

[0073]上述のプラズマエッチング装置を使用して原子層エッチングを実行する主なプロセスは、以下を含む。

【0061】

[0074]１）ガス入口パイプライン１１８によって提供されるプロセス反応ガスは、プロセス反応ガス入口部材１０６の第２の流路に入る。第２の流路中に均等に分配された後、プロセスガスは、スプレーヘッド１０７のガス孔１１９を通ってガス分配リング１１０の第３の流路中に流入し、第３の流路を通って弱プラズマエリア１２９中に流入する。被エッチング材料と化学的に反応する（除去する）ことができるガスの層は、ウェハ１１７の被エッチング表面（マスクなし）中に吸収され得る。反応が生じて、反応生成物が形成される。これは、塩素ガス、テトラフルオロシクロブタン、等を含むが、これらに限定されない。

【0062】

[0075]２）残りの過剰なプロセス反応ガスは、真空ポンプシステム１１５によって引き出される。

【0063】

[0076]３）プラズマ生成ガス（例えば、アルゴン）は、誘電体窓１０８上に配置された中心ノズルシステム１０９を通って強プラズマエリア１２８中に移送される。圧力制御弁１１４が、反応チャンバ本体１００中の圧力を制御し、上部無線周波数システム１１２が、高周波無線周波数電力を供給し、イオン化されたガスが点火されて、高密度の強プラズマが生成される。真空ポンプシステム１１５の高真空機能を通して、プラズマの一部は、強プラズマエリア１２８から弱プラズマエリア１２９に移動するように駆動される。プラズマは、ウェハ１１７のマスクされていない表面に衝突する。ウェハは、エッチングプロセスガスと反応して、反応生成物を生成する。反応生成物は、剥ぎ取られる。

【0064】

[0077]４）真空ポンプシステム１１５は、反応チャンバ本体１００から反応チャンバ本体１００中の全てのガス及び反応生成物を引き出すように構成される。上記の４つのステップを１つのサイクルとすることによって、被エッチング材料の原子層厚さの材料が、１つのサイクルで除去され得る。所定のターゲット材料エッチングは、複数のサイクルを通して実現される。

【0065】

[0078]本実施形態において提供される原子層プラズマエッチング装置では、半導体反応チャンバは、本開示の第１の実施形態又は第２の実施形態の半導体反応チャンバであり得ることに留意されたい。

【0066】

[0079]本開示の実施形態の原子層プラズマエッチング装置は、低エネルギープラズマ源を提供し、プラズマ損傷を低減し、本開示の様々の実施形態の半導体反応チャンバを通したガスの迅速且つ精密な制御及び投入を実現することができる。このことから、原子層エッチングプロセスのガス迅速制御要件が満され得る。

【0067】

[0080]本開示の様々な実施形態を上記で説明しており、上記の説明は、例証的であり、網羅的ではなく、開示した実施形態を限定しない。修正及び変形が、説明した実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者に明らかであり得る。本明細書で使用された専門用語は、実施形態の原理、実際の適用、若しくは市場における技術的改善を最も良く説明するために、又は本明細書で開示した様々な実施形態を当業者が理解することを可能にするために選択される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2023-03-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体反応チャンバであって、
誘電体窓及び反応チャンバ本体と、ここで、前記誘電体窓は前記反応チャンバ本体の上方に配置され、プラズマ生成エリアが前記誘電体窓の下方に位置しており、前記誘電体窓はプレート形状であり、
前記誘電体窓と前記反応チャンバ本体の頂壁との間に配置され、前記プラズマ生成エリアを上部における強プラズマエリアと下部における弱プラズマエリアとに分割するスプレーヘッドと、ここで、中心ノズルシステムが前記誘電体窓上に配置され、前記強プラズマエリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され、複数の貫通孔が、前記スプレーヘッドの中心エリア中に分布し、前記強プラズマエリア中のプラズマが通過することを可能にするように構成され、前記スプレーヘッドの縁部エリアに第１のガス流路が設けられ、前記第１のガス流路のガス出口端が、前記弱プラズマエリアと連通されており、
前記スプレーヘッドの前記第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置するプロセス反応ガス入口部材と、ここで、第２のガス流路が、前記プロセス反応ガス入口部材中に配置され、前記第２のガス流路は前記第１のガス流路と連通され、前記弱プラズマエリア中にプロセス反応ガスを導入するように構成されており、前記プラズマ生成ガスは前記プロセス反応ガスとは異なる、
を備える、半導体反応チャンバ。

【請求項2】

前記第１のガス流路は、前記スプレーヘッドの円周方向に沿って間隔を置いて配置された複数のガス孔を含み、
前記プロセス反応ガス入口部材は、ガス分配及び支持リングであり、前記ガス分配及び支持リングの少なくとも一部は、前記スプレーヘッドの上面上に積み重ねられ、前記第２のガス流路の複数のガス出口端が設けられ、前記ガス分配及び支持リングの、前記スプレーヘッドの前記上面と接触する表面上に位置し、１対１の対応で前記複数のガス孔のガス入口端と連通される、請求項１に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項3】

前記第２のガス流路は、１つのガス入口端を有し、前記ガス入口端は、前記ガス分配及び支持リングの上面上に位置し、
前記第２のガス流路は、前記ガス分配及び支持リングと同心であり、異なる半径を有する複数の弧形状の副ガス流路群と、複数の下部出口とを含み、前記複数の弧形状の副ガス流路群は、順番に連通され、２つの連通された弧形状の副ガス流路群では、下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路の数は、上流の弧形状の副ガス流路群の前記弧形状の副ガス流路の数の２倍であり、
最下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路のガス出口端の数は、前記ガス孔の数と同じであり、前記ガス出口端は、前記下部出口を通して１対１の対応で前記ガス孔と連通される、請求項２に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項4】

３つの弧形状の副ガス流路群は、ガス入口方向に第１の弧形状の副ガス流路群、第２の円弧形状の副ガス流路群、及び第３の円弧形状の副ガス流路群に含まれ、且つそれらを含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群の半径は、前記第２の円弧形状の副ガス流路群の半径よりも大きく、前記第１の弧形状の副ガス流路群の半径よりも小さく、
前記第１の弧形状の副ガス流路群は、１つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第２の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の２つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の４つの弧形状の副ガス流路を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、中間位置に位置する１つのガス入口端を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、両端に位置する２つのガス出口端を含む、請求項３に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項5】

前記スプレーヘッドの下方の周囲に配置されたガス分配リングと、前記ガス分配リングの円周方向に沿って間隔を置いて前記ガス分配リング中に配置される複数の第３のガス流路と、１対１の対応で前記ガス孔の前記ガス出口端と連通される第３のガス流路のガス入口端と、前記第３のガス流路を通して前記弱プラズマエリアと連通される前記ガス孔の前記ガス出口端とを、さらに備える、請求項２～４のいずれか一項に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項6】

前記第３のガス流路の各々のガス入口端は、前記ガス分配リングの上面上に位置し、前記第３のガス流路の各々のガス出口端は、前記ガス分配リングの内側壁上に位置し、
前記第３のガス流路の各々の前記ガス出口端のガス出口方向は、前記反応チャンバ本体の軸方向に対して垂直であるか、又は前記反応チャンバ本体の前記軸方向と所定の角度を形成する、請求項５に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項7】

前記スプレーヘッドは、円形平面部材と、前記スプレーヘッドに接続され、且つ前記円形平面部材を囲む環状部材とを含み、複数の貫通孔が、前記円形平面部材中に均等に分布し、複数のガス孔が、前記環状部材の円周方向に沿って間隔を置いて分布する、請求項５に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項8】

複数の前記円形平面部材が含まれ、互いに積み重ねられる、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項9】

前記環状部材の厚さは、前記円形平面部材の厚さよりも大きく、前記環状部材の下面は、前記円形平面部材の下面と同一平面上にあり、前記環状部材は、前記反応チャンバ本体の内側上に位置し、環状フランジが、前記環状部材の外周壁の周囲に配置され、前記環状フランジは、前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられ、前記ガス孔の各々のガス入口端が、前記環状フランジの上面上に位置し、前記ガス孔の各々のガス出口端は、前記環状部材の下面上に位置し、
前記ガス分配リングは、前記反応チャンバ本体の前記内側上に位置し、前記環状部材の前記下面上に積み重ねられる、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項10】

前記貫通孔の直径は、φ１ｍｍ～φ１０ｍｍの範囲であり、前記円形平面部材の気孔率は、１０％～８０％の範囲であり、
前記ガス孔の直径は、φ１ｍｍ～φ８ｍｍの範囲である、請求項７に記載の半導体反応チャンバ。

【請求項11】

半導体反応チャンバと、上部無線周波数システムと、下部無線周波数システムとを備える、原子層プラズマエッチング装置であって、前記半導体反応チャンバは、請求項１～１０のいずれか一項に記載の前記半導体反応チャンバであり、ウェハを支えるように構成されたベースが、前記半導体反応チャンバ中に配置され、前記半導体反応チャンバは、前記反応チャンバ本体と、前記反応チャンバ本体から離れる方向に沿って順番に前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられた前記プロセス反応ガス入口部材及び前記誘電体窓とを含み、中心ノズルシステムが、前記誘電体窓上に配置され、前記プラズマ生成エリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され、前記上部無線周波数システムは、前記誘電体窓の上方に配置され、前記プラズマ生成ガスを励起して前記プラズマを形成するように構成され、前記下部無線周波数システムは、前記ベースに電気的に接続され、バイアス電圧電力を負荷するように構成される、原子層プラズマエッチング装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0067】

[0080]本開示の様々な実施形態を上記で説明しており、上記の説明は、例証的であり、網羅的ではなく、開示した実施形態を限定しない。修正及び変形が、説明した実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者に明らかであり得る。本明細書で使用された専門用語は、実施形態の原理、実際の適用、若しくは市場における技術的改善を最も良く説明するために、又は本明細書で開示した様々な実施形態を当業者が理解することを可能にするために選択される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 半導体反応チャンバであって、
誘電体窓及び反応チャンバ本体と、ここで、前記誘電体窓は前記反応チャンバ本体の上方に配置され、プラズマ生成エリアが前記誘電体窓の下方に位置しており、
前記誘電体窓と前記反応チャンバ本体の頂壁との間に配置され、前記プラズマ生成エリアを上部における強プラズマエリアと下部における弱プラズマエリアとに分割するスプレーヘッドと、ここで、複数の貫通孔が、前記スプレーヘッドの中心エリア中に分布し、前記強プラズマエリア中のプラズマが通過することを可能にするように構成され、前記スプレーヘッドの縁部エリアに第１のガス流路を設けられ、前記第１のガス流路のガス出口端が、前記弱プラズマエリアと連通されており、
前記スプレーヘッドの前記第１のガス流路のガス入口端が位置する側上に位置するプロセス反応ガス入口部材と、ここで、第２のガス流路が、前記プロセス反応ガス入口部材中に配置され、前記第２のガス流路は、前記第１のガス流路中にプロセス反応ガスを導入するように構成されている、
を備える、半導体反応チャンバ。
［２］ 前記第１のガス流路は、前記スプレーヘッドの円周方向に沿って間隔を置いて配置された複数のガス孔を含み、
前記プロセス反応ガス入口部材は、ガス分配及び支持リングであり、前記ガス分配及び支持リングの少なくとも一部は、前記スプレーヘッドの上面上に積み重ねられ、前記第２のガス流路の複数のガス出口端が設けられ、前記ガス分配及び支持リングの、前記スプレーヘッドの前記上面と接触する表面上に位置し、１対１の対応で前記複数のガス孔のガス入口端と連通される、［１］に記載の半導体反応チャンバ。
［３］ 前記第２のガス流路は、１つのガス入口端を有し、前記ガス分配及び支持リングの上面上に位置し、
前記第２のガス流路は、前記ガス分配及び支持リングと同心であり、異なる半径を有する複数の弧形状の副ガス流路群と、複数の下部出口とを含み、前記複数の弧形状の副ガス流路群は、順番に連通され、２つの連通された弧形状の副ガス流路群では、下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路の数は、上流の弧形状の副ガス流路群の前記弧形状の副ガス流路の数の２倍であり、
最下流の弧形状の副ガス流路群の弧形状の副ガス流路のガス出口端の数は、前記ガス孔の数と同じであり、前記ガス出口端は、前記下部出口を通して１対１の対応で前記ガス孔と連通される、［２］に記載の半導体反応チャンバ。
［４］ ３つの弧形状の副ガス流路群は、ガス入口方向に第１の弧形状の副ガス流路群、第２の円弧形状の副ガス流路群、及び第３の円弧形状の副ガス流路群に含まれ、且つそれらを含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群の半径は、前記第２の円弧形状の副ガス流路群の半径よりも大きく、前記第１の弧形状の副ガス流路群の半径よりも小さく、
前記第１の弧形状の副ガス流路群は、１つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第２の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の２つの弧形状の副ガス流路を含み、前記第３の円弧形状の副ガス流路群は、中心対称の４つの弧形状の副ガス流路を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、中間位置に位置する１つのガス入口端を含み、前記弧形状の副ガス流路の各々は、両端に位置する２つのガス出口端を含む、［３］に記載の半導体反応チャンバ。
［５］ 前記半導体反応チャンバは、
前記スプレーヘッドの下方の周囲に配置されたガス分配リングを更に含み、複数の第３のガス流路が、前記ガス分配リングの円周方向に沿って間隔を置いて前記ガス分配リング中に配置され、前記第３のガス流路のガス入口端が、１対１の対応で前記ガス孔の前記ガス出口端と連通され、前記ガス孔の前記ガス出口端は、前記第３のガス流路を通して前記弱プラズマエリアと連通される、［２］～［４］のいずれか一項に記載の半導体反応チャンバ。
［６］ 前記第３のガス流路の各々のガス入口端は、前記ガス分配リングの上面上に位置し、前記第３のガス流路の各々のガス出口端は、前記ガス分配リングの内側壁上に位置し、
前記第３のガス流路の各々の前記ガス出口端のガス出口方向は、前記反応チャンバ本体の軸方向に対して垂直であるか、又は前記反応チャンバ本体の前記軸方向と所定の角度を形成する、［５］に記載の半導体反応チャンバ。
［７］ 前記スプレーヘッドは、円形平面部材と、前記スプレーヘッドに接続され、且つ前記円形平面部材を囲む環状部材とを含み、複数の貫通孔が、前記円形平面部材中に均等に分布し、複数のガス孔が、前記環状部材の円周方向に沿って間隔を置いて分布する、［５］に記載の半導体反応チャンバ。
［８］ 複数の前記円形平面部材が含まれ、互いに積み重ねられる、［７］に記載の半導体反応チャンバ。
［９］ 前記環状部材の厚さは、前記円形平面部材の厚さよりも大きく、前記環状部材の下面は、前記円形平面部材の下面と同一平面上にあり、前記環状部材は、前記反応チャンバ本体の内側上に位置し、環状フランジが、前記環状部材の外周壁の周囲に配置され、前記環状フランジは、前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられ、前記ガス孔の各々のガス入口端が、前記環状フランジの上面上に位置し、前記ガス孔の各々のガス出口端は、前記環状部材の下面上に位置し、
前記ガス分配リングは、前記反応チャンバ本体の前記内側上に位置し、前記環状部材の前記下面上に積み重ねられる、［７］に記載の半導体反応チャンバ。
［１０］ 前記貫通孔の直径は、φ１ｍｍ～φ１０ｍｍの範囲であり、前記円形平面部材の気孔率は、１０％～８０％の範囲であり、
前記ガス孔の直径は、φ１ｍｍ～φ８ｍｍの範囲である、［７］に記載の半導体反応チャンバ。
［１１］ 半導体反応チャンバと、上部無線周波数システムと、下部無線周波数システムとを備える、原子層プラズマエッチング装置であって、前記半導体反応チャンバは、［１］～［１０］のいずれか一項に記載の前記半導体反応チャンバであり、ウェハを支えるように構成されたベースが、前記半導体反応チャンバ中に配置され、前記半導体反応チャンバは、前記反応チャンバ本体と、前記反応チャンバ本体から離れる方向に沿って順番に前記反応チャンバ本体の頂部上に積み重ねられた前記プロセス反応ガス入口部材及び前記誘電体窓とを含み、中心ノズルシステムが、前記誘電体窓上に配置され、前記プラズマ生成エリア中にプラズマ生成ガスを導入するように構成され、前記上部無線周波数システムは、前記誘電体窓の上方に配置され、前記プラズマ生成ガスを励起して前記プラズマを形成するように構成され、前記下部無線周波数システムは、前記ベースに電気的に接続され、バイアス電圧電力を負荷するように構成される、原子層プラズマエッチング装置。

【国際調査報告】