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JP-2026514708-A - 半導体処理チャンバの蓋とコーティング

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Abstract

半導体処理システム及びシステムコンポーネントが説明される。システムコンポーネントは半導体処理チャンバのチャンバ蓋を含む。チャンバ蓋は実質的に円盤状の誘電体材料を含み、蓋部分とガス供給ノズル部分を一体化した構造を有する。チャンバ蓋は複数のガス流路を備え、各々のガス流路は、チャンバ蓋の第１面の入力位置からチャンバ蓋の異なる面の各々の出力位置までチャンバ蓋の領域を横断する。ガス流路を通して、エッチングガスが処理チャンバの処理領域の特定の部分に分配される。

Inventors

  • サロデ ビシュワナス ヨガナンダ
  • クマー アナンド
  • キム ジョージ

Assignees

  • アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240119
Priority Date
20230411

Claims (20)

  1. 半導体処理システムであって、 処理領域を囲む複数の壁を備えるチャンバ本体と、 チャンバ本体内に設けられ、チャンバの処理領域内に基板を保持するように構成された第１の基板支持体と、 チャンバ本体にＲＦエネルギーを導くように構成されたプラズマ源と、 チャンバ本体に対して閉位置にあるときに第１処理領域を囲むように構成されたチャンバ蓋であって、蓋部分とガス供給ノズル部分が単一構造に統合され、プラズマ源によって生成されたＲＦエネルギーが蓋を通過することができるように構成された誘電体材料から形成され、チャンバ蓋の第１表面の入力位置からチャンバ蓋の異なる表面上の出力位置までチャンバ蓋の領域を横断する複数のガス流路を備え、ガス流路を介してエッチングガスが処理領域の特定の部分に分配されるチャンバ蓋を備える半導体処理システム。
  2. チャンバ蓋の領域は、チャンバ蓋の表面から延びる円筒状突起を備える、請求項１に記載のシステム。
  3. １つ以上の出力位置が円筒状突起の側壁面上に配置される、請求項２に記載のシステム。
  4. 複数のガス流路は内側のガス流路群と外側のガス流路群を備え、内側のガス流路群は基板の中央領域をエッチングするためのエッチングガスを分配するように構成され、外側のガス流路群は基板の縁部領域をエッチングするためのエッチングガスを分配するように構成される、請求項１に記載のシステム。
  5. 外側ガス経路群の各々のガス経路は、ガス経路の出力位置から処理領域に面する蓋の内面の中心点までの半径が、ガス経路の入力位置からプラズマ源に面する蓋の上面の中心点までの半径よりも大きいように角度が付けられている、請求項４に記載のシステム。
  6. 内側ガス経路群の各々のガス経路は、ガス経路の出力位置から処理領域に面する蓋の内面の中心点までの半径が、ガス経路の入力位置からプラズマ源に面する蓋の上面の中心点までの半径よりも小さいように角度が付けられている、請求項４に記載のシステム。
  7. 蓋の誘電体材料はセラミック材料又は石英材料の１つを含む、請求項１に記載のシステム。
  8. チャンバ蓋はガス流路の複数の同心円リングを備え、各々のガス流路のリングは、特定の領域に属する複数の入力ガス流路に対応し、各々の領域は、処理領域の特定のエリアにエッチングガスの特定のガス圧を提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。
  9. チャンバ蓋は、チャンバ蓋の本体内に形成されたプレナムに結合された第１の複数の入力ガス経路と、プレナムに結合された第２の複数の出力ガス経路とを備え、出力ガス経路の数は入力ガス経路の数よりも多い、請求項１に記載のシステム。
  10. チャンバ蓋は複数の取付穴を備え、各々の取付穴はチャンバ蓋に形成されたねじ穴と、ねじ穴内に配置されたねじ付きプラスチックインサートと、プラスチックインサート内に埋設され、取付構造を受け入れるように構成された金属製の螺旋コイルを備える、請求項１に記載のシステム。
  11. 半導体処理チャンバのチャンバ蓋であって 実質的に円盤形状を有し、蓋部分とガス供給ノズル部分を単一構造に統合する誘電体材料と、 チャンバ蓋の第１の表面の入力位置からチャンバ蓋の異なる表面上の出力位置までチャンバ蓋の領域を各々横断する複数のガス流路を備え、 ガス流路を介してエッチングガスが処理チャンバの処理領域の特定の部分に分配されるチャンバ蓋。
  12. 誘電体材料は、プラズマ源によって生成されたＲＦエネルギーがチャンバ蓋を通過して処理チャンバ内に流入することを可能にする、請求項１１に記載のチャンバ蓋。
  13. チャンバ蓋の領域は、チャンバ蓋の表面から延びる円筒状突起を備える、請求項１１に記載のチャンバ蓋。
  14. １つ以上の出力位置が円筒状突起の側壁面上に配置される、請求項１３に記載のチャンバ蓋。
  15. 複数のガス流路は内側のガス流路群と外側のガス流路群を備え、内側のガス流路群は処理チャンバ内に配置された基板の中央領域をエッチングするためのエッチングガスを分配するように構成され、外側のガス流路群は、基板のエッジ領域をエッチングするためのエッチングガスを分配するように構成される、請求項１１に記載のチャンバ蓋。
  16. 外側ガス経路群の各々のガス経路は、ガス経路の出力位置から処理チャンバに面する蓋の内面の中心点までの半径が、ガス経路の入力位置からプラズマ源に面する蓋の上面の中心点までの半径よりも大きいように角度が付けられている、請求項１５に記載のチャンバ蓋。
  17. 蓋の誘電体材料はセラミック材料又は石英材料の１つを含む、請求項１１に記載のシステム。
  18. チャンバ蓋はガス流路の複数の同心円リングを備え、各々のガス流路リングは、特定の領域に属する複数の入力ガス流路に対応し、各々の領域は、処理領域の特定のエリアにエッチングガスの特定のガス圧を提供するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
  19. チャンバ蓋は複数の取付穴を備え、各々の取付穴はチャンバ蓋に形成されたねじ穴と、ねじ穴内に配置されたねじ付きプラスチックインサートと、プラスチックインサート内に埋設され、取付構造を受け入れるように構成された金属製の螺旋コイルとを備える。請求項１１に記載のシステム。
  20. 設計プロセスで使用される機械可読媒体に具体化された構造であって、 実質的に円盤状の誘電体材料を含み、蓋部分とガス供給ノズル部分を単一構造に統合するチャンバ蓋であって、チャンバ蓋の第１の表面の入力位置からチャンバ蓋の異なる表面上の各々の出力位置まで、チャンバ蓋の中央領域を各々横断する複数のガス流路を備えるチャンバ蓋。

Description

背景 本明細書は、半導体システム、プロセス、及び装置に関する。 プラズマエッチングは、半導体プロセスにおいて集積回路の製造に用いられる。集積回路は、複数（例えば、２層以上）の層構造から形成される。処理環境においてプラズマを形成するため、異なるエッチングガスの化学組成（例えば、異なるガス混合物）を用いることができ、これにより、特定のエッチングガスの化学組成において、エッチング対象となる層構造に対する精度と選択性を向上させることができる。集積回路の微細化が進み、微細構造とアスペクト比が増加するにつれて、層構造の精密エッチングに対するニーズが高まっている。 概要 本明細書は、プラズマベース処理チャンバの蓋とガス供給ノズルを一体化し、単一の複合構造を形成する技術について説明する。プラズマ源の一例は誘導結合プラズマである。幾つかのプラズマベース処理チャンバでは、プラズマ源はチャンバの蓋の上方に配置される。処理中、エッチングガス混合物はガス供給ノズルを介して流れ、チャンバの処理領域にプラズマを形成する。プラズマの荷電粒子はチャンバの処理領域に保持された基板の露出面に向かって引き寄せられ、露出面に対してエッチング処理を実行する。エッチングガス混合物の組成は異なる層組成をエッチングするように選択することができる。例えば、第１のエッチングガス混合物はシリコン酸化物（ＳｉＯ）をエッチングし、第２のエッチングガス混合物はシリコン窒化物（ＳｉＮ）をエッチングする。半導体処理チャンバは、１つ以上（例えば、２つ以上）の処理領域を含むことができる。各々の処理領域は、各々の基板を保持するための基板ホルダーと、処理領域に各々のプラズマを形成するために個別に制御可能なエッチングガス混合物を備える。 誘導結合プラズマベースの製造システムでは、蓋は誘電体材料で構成され、チャンバ内へのエネルギー伝達を可能にする誘電体窓を提供する。プラズマ源に隣接する処理チャンバの一部と、チャンバに１種類以上のエッチングガス混合物を供給するガス供給ノズルを一体化した蓋を形成することができる。一体化した蓋は、チャンバ上部の真空シールと、処理チャンバへのエッチングガスの特定の分布を提供するための様々なガス経路の両方を提供するように構成された単一の誘電体材料から形成することができる。 更に、本明細書は、一体型蓋又は処理チャンバの他の部分にコーティングを施す技術について説明する。特に、セラミックナノ粒子をポリマーバインダと組み合わせ、１層以上の層を形成するナノ構造セラミックマトリックスコーティングについて説明する。コーティングは、一体型蓋及びチャンバ壁をエッチングプラズマから保護するために使用することができる。コーティングを施すことに加えて、ナノ構造セラミックマトリックス材料は、例えば侵食又は部分的に侵食された既存のコーティング又は基板材料の修復、及びセラミックナノ粒子とポリマーの複合混合物から部品全体を構築する積層製造プロセスよる新しい部品の形成にも使用することができる。 一般に、本明細書に記載された主題の革新的な一態様は、半導体処理システムにおいて具体化することができる。システムは、処理領域を囲む複数の壁部を含むチャンバ本体と、チャンバ本体内に設けられ、チャンバの処理領域において基板を保持するように構成された第１の基板支持体と、高周波（「ＲＦ」）エネルギーをチャンバ本体内に導くように構成されたプラズマ源を備える。また、システムは、チャンバ本体に対して閉位置にあるときに第１の処理領域を囲むように構成されたチャンバ蓋を備える。チャンバ蓋は蓋部とガス供給ノズル部を一体化した構造を有し、プラズマ源によって生成されたＲＦエネルギーが蓋を通過することができるように構成された誘電体材料から形成される。チャンバ蓋は複数のガス流路を備え、各々のガス流路はチャンバ蓋の第１の表面にある入力位置からチャンバ蓋の異なる表面にある各々の出力位置までチャンバ蓋の領域を横断する。これらのガス流路を介してエッチングガスが処理領域の特定の部分に分配される。 一般に、本明細書に記載された主題の他の革新的な態様は、半導体処理チャンバのチャンバ蓋において具体化することができる。チャンバ蓋は、実質的に円盤形状を有し、蓋部とガス供給ノズル部を一体化した誘電体材料を含む。更に、チャンバ蓋は複数のガス流路を備え、各々のガス流路はチャンバ蓋の第１面の入力位置からチャンバ蓋の異なる面にある各々の出力位置までチャンバ蓋の領域を横断する。ガス流路を介してエッチングガスが処理チャンバの処理領域の特定の部分に分配される。 一般に、本明細書に記載された主題の他の革新的な態様は、 設計プロセスで使用される機械可読媒体に具体化された構造において具体化することができる。構造は実質的に円盤状の誘電体材料を含み、蓋部とガス供給ノズル部を一体化したチャンバ蓋を含む。チャンバ蓋は複数のガス流路を備え、各々のガス流路は、チャンバ蓋の中央領域をチャンバ蓋の第１面の入力位置からチャンバ蓋の異なる面の各々の出力位置まで横断する。 一般に、本明細書に記載された主題の他の革新的な態様は、構造体上にコーティングを形成する方法において具体化することができる。方法は、第１複合層を形成する工程を含み、第１複合層はセラミックナノ粒子とポリマーバインダを含み、ポリマーは硬化して第１層を形成する。方法は、第１複合層の上に１層以上の第２複合層を順次形成する工程を含む。各々の第２複合層は、セラミックナノ粒子と先行する複合層上に形成された後に硬化されるポリマーを含む。本方法は、実質的にセラミックナノ粒子からなる表面を有するトップ層を形成する工程を含む。 これらの態様の他の実施形態は、対応するシステム、コンピュータシステム、装置、及び１つ以上のコンピュータストレージデバイスに記録されたコンピュータプログラムを含む。 本明細書に記載された主題はこれらの実施形態及び他の実施形態で実施することができ、以下の利点の１つ以上を実現することができる。誘導結合プラズマは大量の熱を発生する。蓋とガス供給ノズルを同一材料で組み合わせた蓋アセンブリを形成することで、別々の材料で作られた別々のコンポーネントから形成した場合に生じる可能性のある、ガス供給ノズルと蓋の間の熱的不整合を低減することができる。更に、蓋とガス供給構造を単一の材料で形成することで、処理チャンバの真空シール性を向上させることができる。特に、２つの別々のコンポーネントから形成した場合に生じる、機械的に結合されたガス供給ノズルと蓋の部品間の隙間をなくすことで、機械的応力及び潜在的な隙間を低減することができる。温度及び真空条件に応じて生じる応力又は隙間は、内面がプラズマに曝露されるだけでなく、真空度の低下又は喪失につながる可能性がある。単一の蓋は、蓋アセンブリを他の部品に結合する際の応力も低減することができる。特に、エッチングガスは、蓋に取り付けられたガス供給ハブを介してガス供給ノズルに供給される。一体型の蓋とガス供給ノズルを使用することで、クランプと別体のガス供給ノズル部品の間の狭い部分でクランプを締め付けることなく、確実に蓋を取り付けることができる。蓋の狭い首部へのクランプを避けることで、蓋から首部への機械的ストレスが軽減され、ひび割れやその他の蓋アセンブリの損傷のリスクが低減する。 ナノ粒子とポリマーバインダを組み合わせることで、多層コーティングを形成することができる。コーティングはプラズマ溶射等の他の技術で形成されたコーティングよりも厚く、欠陥も少なくなる。厚みが増すことで部品の寿命を延ばすことができ、例えば、プラズマベースの処理チャンバがコーティングの修理又は交換が必要になるまでの稼働時間を延ばすことができる。ナノ粒子とポリマーの複合体は、プラズマ溶射等の従来のプロセスよりも複雑でなく、コストのかからない技術を用いて表面に配置することができる。コーティングから侵食されたナノ粒子はサイズが小さいため、プラズマベースの処理チャンバで処理中の基板／ウエハに影響を与える可能性が低くなる。むしろ、真空ポンプを作動させることで処理チャンバから排出される可能性が高くなる。コーティングは、表面の一部又は全体に新しい層を塗布することで修復でき、コーティング全体の寿命を延ばすことができる。 ナノ粒子をポリマーバインダと予め混合し、（熱エネルギーを必要としない）押し出し成形することで、ニアネットシェイプ部品を製造することができる。大型セラミック部品の製造は複雑でコストがかかる場合が多く、より迅速且つ低コストで実現することができる。プラズマ耐性部品又は表面の押し出し成形を用いることで、従来の技術、特にナノ粒子を使用し、保持する場合に生じる高温処理に伴う物理的、化学的課題を回避して部品を成形することができる。 以下の開示では、開示された技術を用いた具体的なエッチングプロセスについて説明するが、システム及び方法は記載されたチャンバ内で生じ得る様々な他のプロセスにも同様に適用可能であると容易に理解される。従って、本技術は、記載されたエッチングプロセスのみに限定されると解釈されるべきではない。本開示では、本技術の幾つかの実施形態によるシステム及び方法、又は例示的なプロセスシーケンスのオペレーションを説明する前に、本技術で使用可能なシステム及びチャンバの１つについて説明する。本技術は記載された装置に限定されず、記載されたプロセスは任意の数の処理チャンバ及びシステムで実行可能であると理解すべきである。 処理チャンバの一例の概略断面図を示す。プラズマ処理チャンバの一例の概略的な部分断面図を示す。図２Ａのプラズマ処理チャンバの蓋のねじ山部分の概略断面図である。プラズマチャンバの蓋の一例の概略断面図を示す。図３Ａの蓋の一例の上面図を示す。図３Ａの蓋を通る第１のガス経路を示すガス供給ノズルの第１の概略断面図を示す。図３Ａの蓋を通る第２のガス経路を示すガス供給ノズルの第２の概略断面図を示す。プラズマ処理チャンバの蓋の一例の概略断面図を示す。図６Ａの蓋の一例の上面図を示す。図６Ａの蓋を通る第１のガス経路を示すガス供給ノズルの第１の概略断面図を示す。図６Ａの蓋を通る第２のガス経路を示すガス供給ノズルの第２の概略断面図を示す。プラズマ処理チャンバの蓋の一例の概略断面図を示す。図９Ａの蓋の一例の上面図を示す。図９Ａの蓋を通る第１のガス経路を示すガス供給ノズルの第１の概略断面図である。図９Ａの蓋を通る第２のガス経路を示すガス供給ノズルの第２の概略断面図である。プラズマ処理チャンバの蓋の一例の上面図を示す。図１２Ａの蓋の概略断面図を示す。プラズマ処理チャンバの蓋の一例の上面図を示す。図１３Ａの蓋の概略断面図を示す。～基材上に層を構築する一例の断面図を示す。ナノ構造セラミックマトリックスコーティングを形成する方法の一例を示すフローチャートである。ナノ材料から構造体を付加的に製造する方法の一例を示すフローチャートである。汎用コンピューティングシステムの一例を示すブロック図である。 様々な図面内の同様の参照番号及び指定は、同様の要素を示する。 詳細な説明 本明細書は、プラズマ処理チャンバの蓋とガス供給ノズルを一体化して単一の複合構造を形成する技術について説明する。蓋は、処理チャンバへエッチングガスを供給するための構造を含む単一の誘電体材料から形成することができる。蓋にはガス分配経路が形成され、処理チャンバ内の異なる領域にガスを導き、基板の異なる領域におけるエッチング処理を容易にする。ガス分配経路の形状、及び蓋のガス供給ノズル部分の異なる形状を用いることにより、処理チャンバ内へのエッチングガスの分配を異なるものにすることができる。 図１は、基板１０３（例えば、「ウエハ」とも呼ばれる）上に配置された１つ以上の材料層を、処理チャンバ１００（例えば、プラズマ処理チャンバ）内でエッチングするのに適した処