半導体処理チャンバのガス分配器
【課題】直径の大きい基板のためのチャンバ内で、処理ガスを均一に散布するガス分配器を備えた処理チャンバを得る。
【解決手段】半導体基板を処理する処理チャンバ（２５）は、基板（５０）を支持する支持装置を含む。処理ガスをチャンバ（２５）に導入するガス分配器（９０）は、基板（５０）平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスをチャンバ（２５）に噴射するガスノズルを有する。隋的に、ガス流制御装置（１００）は、処理ガスの流れを１つ又はそれ以上のガスノズル（１４０）を通して制御してパルス化する。排気装置はチャンバ（２５）からの処理ガスを排出するのに用いられる。
【解決手段】半導体基板を処理する処理チャンバ（２５）は、基板（５０）を支持する支持装置を含む。処理ガスをチャンバ（２５）に導入するガス分配器（９０）は、基板（５０）平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスをチャンバ（２５）に噴射するガスノズルを有する。隋的に、ガス流制御装置（１００）は、処理ガスの流れを１つ又はそれ以上のガスノズル（１４０）を通して制御してパルス化する。排気装置はチャンバ（２５）からの処理ガスを排出するのに用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を処理する処理チャンバに関し、特に処理ガスを処理チャンバに散布するガス分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理チャンバ内に均一でない処理ガスを散布する処理ガス分配器は、処理速度や、チャンバ内で処理される基板平面全体の均一性を大きく変動させることがある。半導体製造において、処理ガスはチャンバ内に導入され、処理ガスからプラズマが形成され、エッチングしたり基板上に材料を堆積したりする。しかし、現在の半導体基板は直径が１００ｍｍ（４インチ）から３００ｍｍ（１２インチ）にまで大きくなっている。これに比例してチャンバの容積も増え、処理ガスの均一な散布や、基板の処理平面全体のプラズマ種を得るのがより困難になる。その結果、処理速度や、基板の中央から周縁にかけての処理の均一性に大幅な変動がよく見られる。
【０００３】
処理チャンバに均一に処理ガスを散布するためのガスノズルを内部に貫通させた貫通部を備えるセラミック部材を作成することが難しいので、セラミックの壁や天井を有する処理チャンバでは、均一な処理ガスの散布を得ることが特に問題になる。セラミック壁は、酸化アルミニウムやシリコン等の多結晶質セラミック材料で形成するが、これらはもろい材料であり、セラミック部材を破壊又は破損しないでガス貫通を維持する穴を加工することは難しい。また、セラミック壁に近接するＲＦ活性化コイル等の他の部材は、壁を貫通するガスノズルを配置できるスペースをさらに制限する。したがって、セラミック部材をドリルで貫通して設けられた穴や他の貫通部を必要とせずにセラミックの壁や天井を有する処理チャンバ内で、処理ガスを均一に散布するガス分配器が必要となる。
【０００４】
現在の処理チャンバの別の問題は、基板全体に均一な処理速度で処理するためには、基板の処理の間に実際に消費される処理ガス量に比べて、相対的に大きな処理ガス量が必要とされる点である。従来の処理チャンバは、半導体基板を完全に確実に処理するのに大量の処理ガスを必要とする。例えば、一般的なＣＶＤ処理は３０％から６８％の効率であり、すなわち、７０％から３２％の処理ガスが未使用のまま排気ガス中に排出されてしまう。典型的なエッチング処理は、さらに非効率的であり、処理ガス全体量の１０％しか使用しないことも多い。処理ガス利用におけるこうした非効率性により、特に処理ガスが高価な場合、基板当たりの処理コストが高くなる。また、未使用の処理ガスの過剰な排出は、排気処理ガス中の有毒なつまり環境に有害な化合物を減少させる何らかの形式の排気低減装置を必要とし、これもまた高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、特に直径の大きい基板のためのチャンバ内で、処理ガスを均一に散布するガス分配器を備えた処理チャンバが必要である。さらに、チャンバ内の処理ガスの利用効率を高め、それによって環境に有害な排出物を低減するガス分配器が必要である。また、チャンバ内で均一にガスを散布するのにセラミックの壁に穴や貫通部を必要としないガス分配器が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、半導体基板を処理する処理チャンバは、支持装置と、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射するようになっているガス分配器（ディストリビュータ）と、ガス励起装置（エナジャイザ）と、排気装置とで構成される。支持装置に保持された基板は、ガス分配器により散布され、ガス励起装置により活性化され、排気装置により排出される処理ガスによって処理される。より好ましくは、ガス分配器は、２つ又はそれ以上の処理ガス流を発生させて、それらを互いに衝突させて、処理チャンバ内に循環ガス流を形成するのに十分大きい傾斜角度で処理ガスを噴射する複数のガスノズルを含む。
【０００７】
別の実施形態において、ガス分配器は処理チャンバに処理ガスを供給する複数のガスノズルと、ガスノズル間の処理ガス流れを交互にするガス流制御装置とを備える。好ましくは、ガス分配器は、処理チャンバに処理ガスを噴射する第１及び第２ガスノズルと、コンピュータ制御システムと、ガス分配器を操作するコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ利用可能媒体を備え、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第１ガスノズルを通しての処理ガス流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第２ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止する。
【０００８】
また別の実施形態において、処理チャンバは支持装置上のドーム天井と、ドーム天井に近接する誘導アンテナとを備え、処理チャンバ内でＲＦエネルギーを処理ガスと結合させる。ガス分配器は、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射する、互いに向かい合うガスノズルと、処理チャンバから処理ガスを排出する排気装置とを含む。好ましくは、ドーム天井は、ＲＦエネルギーを誘電コイルからその内部に透過し得る十分低い電気感受性を備えた半導体材料を含む。
【０００９】
他の態様において、本発明は半導体基板を処理する方法に関し、基板は処理チャンバ内で支持装置上に位置決めされ、処理ガス流は基板平面に対して所定の傾斜角度で処理チャンバに噴射される。処理ガスは、処理ガスを処理チャンバに導入する前と後のいずれかにおいて、基板を処理するよう活性化できる。好ましくは、本発明の方法はさらに、基板に対向する湾曲面を維持するステップを含み、湾曲面は、処理ガス流を下向きに、また基板の周縁に沿って方向づけるのに十分大きい曲率半径を有する。
【００１０】
また別の態様においては、本発明は処理方法に関し、基板は処理チャンバ内で支持されている。処理ガスの第１バーストは、第１ガスノズルを通して処理チャンバに噴射され、処理ガスが活性化される。その後、処理ガスを活性化し続けながら、処理チャンバに処理ガスの第２バーストが第２ガスノズルを通して噴射される。好ましくは、これらのステップを少なくとも１度繰り返す。
ここに述べるまたその他の本発明の特徴、態様及び利点は、以下の説明、請求の範囲及び本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の処理チャンバと処理ガス分配器の概略側面断面図である。
【図２ａ】ガス流路を示す本発明の処理チャンバと処理ガス分配器の概略側面断面図である。
【図２ｂ】図２ａの処理チャンバの概略平面図である。
【図３ａ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図３ｂ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図３ｃ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図４】本発明におけるコンピュータプログラムプロダクトを説明するブロック図である。
【図５ａ】４５度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線地図である。
【図５ｂ】図５ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【図６ａ】６０度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【図７ａ】７５度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線地図である。
【図７ｂ】図７ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の処理チャンバは、処理チャンバ内に処理ガスをより均一に散布することができるガス散布システムを利用して半導体基板を処理する。図１に概略的に示す本発明の例示的な装置２０は、本発明を例示することを目的としており、本発明の範囲を限定するものではない。装置２０は、全体的に側壁３０、底壁３５及び天井４０を有する密閉チャンバ２５を備える。チャンバ２５は、金属、セラミック、ガラス、ポリマー等の種々の材料、及び複合材料から作られている。処理チャンバ２５を作るのに一般的に用いられる金属としては、例えば陽極酸化アルミニウム、ステンレス鋼、インコネル（商標）等があるが、陽極酸化アルミニウムが好ましい。チャンバ２５を作るのに用いることができるセラミックや半導体材料は、例えば、シリコン、炭化ホウ素、酸化アルミニウムなどがある。
【００１３】
処理チャンバ２５は、チャンバ２５の底部に受台つまり支持装置４５を含み、その上の基板５０を支持する。好ましくは、支持装置４５の上に設けた誘電部材５５は、基板を受容する受容面６０を有する。誘電部材５５は、セラミック又はポリマー、例えば酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの単一モノリシック構成であり、誘電部材５５に埋め込まれた電極６５を有している。好ましくは、電極６５は、導電性があり溶融点が高い耐火性金属、例えばタングステン、タンタル、モリブデンから作られている。図１に示すように、誘電部材５５は、ヘリウムなどの伝熱ガスを基板下の受容面６０に供給するガス貫通孔７０を有する。一般的に、一連のガス貫通孔７０は、誘電部材５５の円周に設けられており、基板下の部分に伝熱ガスを均一に散布する。
【００１４】
誘電部材５５内の電極６５は２つの機能を備えており、その機能は、チャンバ２５の電気的バイアス面又は接地面に静電的に結合させることによって、チャンバ２５の処理ガスからプラズマを活性化し持続するガス励起装置７２即ちプラズマジェネレータと、また基板５０を静電的に保持する静電電荷を発生する静電チャックとである。電極電源７５は、電極６５と、天井４０などのチャンバ２５の表面の間の電位を維持する。好ましくは、ＤＣチャック電圧とＲＦバイアス電圧の両方は、電気コネクタを介して電極に付与される。ＲＦバイアス電圧は、１３．５６ＭＨＺから４００ＫＨＺの１つ又はそれ以上の周波数で、約５０から約３０００ワットの電力レベルを有する。ＤＣ電圧は、一般的に２５０ボルトから２０００ボルトであり、基板５０を保持する静電電荷を発生するために電極６５に印加される。
【００１５】
装置２０は、天井４０に隣接する誘導アンテナ８０から伝導されるＲＦ誘導電界と結合するための窓の役割を果たすドーム型の天井４０を備え、チャンバ内で処理ガスを活性化する。ドーム型というのは、単一又は複数の半径ドーム、平面、円錐、切頭円錐、円筒、複数の側面を有する多面形天井部材、又はこれらを組み合わせたものである。好ましくは、誘導アンテナ８０は、円形対称で、処理チャンバ２５の縦軸と中心軸が同軸で、基板５０の平面に垂直な複数のコイルで構成される。円形対称の複数のコイルは、対称の中心軸に沿ってゼロ又は最小の誘導電界ベクトル成分を空間的に分布して、基板５０の中心の電子数を減らすようになっており、本明細書に参考文献として組み込まれている米国特許出願番号０８／６４８，２５４に説明されている。各コイルは約１から約１０巻を備えており、より典型的には約２から約６巻であることが好ましい。
【００１６】
１つの例において、天井４０は、誘導アンテナ８０のＲＦ誘導電界に対するインピーダンスが低く、天井４０を介して誘導アンテナ８０によって最小限の電力ロスで発生するＲＦ誘導電界を伝導するのに十分低い電界感受性をもつ誘電又は半導体材料で作られている。例えば、天井は、ＲＦ誘導電界に対して透過性の酸化アルミニウムで作ることができる。また、天井４０は金属又は半導体材料で作ることができ、ある電位又は電気接地に維持することができる。一般的に、ＲＦ供給電源８５は誘導アンテナ８０に電力を供給し、電極電源７５は天井４０に対して電極６５をバイアスする。電極６５や誘導アンテナ８０の代わりに、ガス励起装置７２が、処理チャンバに噴射する前又は後の処理ガスを活性化することができるマイクロ波や、他の電離放射線の供給源を含んでもよい。
【００１７】
処理ガスと、基板の処理の間に生成される処理ガスの副産物は、排気ライン中にスロットルバルブ１２５を有する排気ポンプ１２０（一般的に１０００リットル／秒のターボ分子ポンプと荒引きポンプとを有する）を備える排気システム１１５により排出されて、チャンバ２５内の処理ガスの圧力を制御する。好ましくは、チャンバ２５の下部を取り囲む環帯が、非対称ポンピングチャンネル１３０を形成して、チャンバ２５の外にガスをポンプで押し出し、基板平面の周縁のガス種をより均一に散布する。非対称ポンピングチャンネル１３０の内部には、交換可能な金属ライナー１３５を打たれており、環帯に形成された残留物を取り除いてクリーニングするのを容易にする。
【００１８】
基板を処理するには、処理ガスは、本発明のガス分配器９０（即ちガス散布システム）を介してチャンバ２５に導入され、このガス分配器は、処理ガス供給部９５と、ガス供給管１１０を通るガスの流れを制御する質量流量制御装置（ＭＦＣ）１０５を操作するガス流制御装置１００と、処理ガスの流れをチャンバ２５に向ける１つ又はそれ以上のガス噴射ノズル１４０とを一般的に含む。処理ガス供給部９５は、圧縮された処理ガスのタンク等の従来のガス供給部を備える。ガス流制御装置１００は、処理ガスの流れを制御し、一般的に、コンピュータ制御システム１４５と、各ガス供給管１１０内の質量流量制御装置１０５及び／又は特定のガスノズル１４０に延びる空気圧弁又は電磁弁１５０を操作するコンピュータプログラムを備える。好ましくは、天井４０を貫通して孔又は他の貫通部を加工する必要がないよう、ガス供給管１１０はチャンバ２５の側壁３０を貫通して延びる。
【００１９】
ガスノズル１４０は、単一のガスノズルか、より好ましくは複数のガスノズル１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄを備えている。好ましくは、複数のガスノズルの場合、チャンバ２５の直径にわたって互いに対向する１組のガスノズル１４０ａ、ｂを備えている。１組の構成の場合、第１ガスノズル１４０ａは基板の平面に対して所定の傾斜角度で第１のガス流をチャンバ２５に噴射し、第２ガスノズル１４０ｂは第１ガスノズル１４０ａに対向し、基板５０の平面に対して同様に所定の傾斜角度で第２のガス流をチャンバ２５に噴射する。一対の対向傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂを用いることもできるが、図１に示すように複数対のガスノズル１４０ａ、ｂと１４０ｃ、ｄを用いることが好ましい。より好ましくは、複数対の対向するガスノズル１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄは、間隔を空けて基板５０の周縁に配置した、１つ又はそれ以上のグループのガスノズル１４０を備え、基板５０の周縁からチャンバ２５に入る処理ガスが均一に流動するようにする。好ましい実施形態において、ガス分配器９０は少なくとも４つから８つのガスノズル１４０を、チャンバ２５の周囲に９０度又は４５度の間隔で離間して対称的に配置し、処理チャンバ全体に均一に処理ガスを噴射する。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つのグル−プの第１及び第２ガスノズル１４０ａ、ｂが基板５０の平面に対して所定の傾斜角度で第１及び第２ガス流を噴射する。ガス流が噴射される角度は、第１及び第２ガス流を発生させるのに十分大きいものにして、図２ａと図２ｂのガス流路線で示すように、互いに衝突し、基板５０の中央より上の天井まで上昇し、基板５０の周縁に沿って下降するる循環ガス流を形成する。好ましくは、ガスノズル１４０は環状カラー１４８の傾斜面あるいはチャンバ２５の側壁３０に配置される。ガスノズル１４０の各出口は、基板５０の平面に対して上向きの傾斜角を形成する中央軸を有する縦チャンネルを備えており、それがチャンバ２５の天井４０に向けてガス流を押し上げる。チャンバに流入するガス流の中心軸の傾斜角度を決定する縦チャンネルの好ましい傾斜角度は、約３０度から約８０度で、より好ましくは約４０度から６０度であることが分かっている。これらの角度において、ガスノズル１４０からのガス流は、基板５０の平面にわたっての処理ガスを均一に散布し、基板の生産高を大幅に向上する循環ガス流パターンを形成することが分かっている。
【００２１】
好ましい実施形態において、ガス分配器９０は、基板５０の平面に対して所定の傾斜角度でガス流を噴射する互いに向かい合う傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂの第１グループと、基板５０の平面にほぼ平行な面にガス流を噴射する互いに向かい合う非傾斜のガスノズル１４０ｃ、ｄの第２グループを備えている。好ましい構成では、ガスノズル１４０は、チャンバ２５の外周に沿って延びる環状カラー１４８に取り付けられる。カラー１４８は、チャンバに所定の傾斜角度でガスを噴射する傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂのグループを含む傾斜面と、基板５０の面に平行にガスを噴射する直接対向するガスノズル１４０ｃ、ｄのグループを含む垂直面とを有する。環状カラー１４８は、残留物の堆積を簡単にクリーニングできるガスノズルを含むなめらかで平らな面を備え、基板についての処理ガスを含むようになっている。環状カラー１４８は、セラミック材質又は金属材料のブロック又は分割したブロックから加工することができ、ガスノズル１４０の導管と出口とを有する。
【００２２】
動作において、傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂはガス流を所定の傾斜角度で噴射して、傾斜ガス流を発生させて互いを衝突させ、合体させ、基板５０の中心の真上に上昇し、対向する天井４０又はチャンバ２５の他の表面に突き当たり、基板５０の周縁に沿って下降する混合ガス流を形成する。ガス流を直接相手に対して噴射する対向ガスノズル１４０ｃ、ｄは、合体ガス流の一部が基板５０の中心に下降し、ガス流の別の一部が基板５０の中心の真上に上昇するように、基板５０の中心の真上で直接ガス流を衝突させる。基板の中心及び周縁にわたって上昇したり下降したりする混合ガス流は、チャンバ２５全体にガスを散布し、結果的に基板５０の平面全体にわたって均一な処理速度を得られる。傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂの数と傾斜角、及び対向するガスノズル１４０ｃ、ｄの数は、処理チャンバの大きさと、ガスノズル１４０を通る処理ガスの容積流量に左右される。２つのグループのガスノズルとして説明したが、ガス分配器９０は、複数グループの傾斜及び非傾斜ガスノズル１４０を備え、各グループのガスノズルを基板５０の平面に対して、又は天井４０の表面の形状に対して異なる角度に傾斜させることもできる。ガスノズル１４０のグループはチャンバ２５内で相互に対称的に配置し、チャンバに沿って等間隔で配置し、傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂと非傾斜ガスノズル１４０ｃ、ｄを交互に配置することが好ましい。
【００２３】
向かい合うガスノズル１４０によって供給される循環ガス流は、例えば基板５０の処理表面に向かい合い対向するドーム型天井４０等の、湾曲したチャンバ表面と組み合わされて特に効果的に作用する。この例において、基板５０の中心の真上で上向きに移動するガス流がチャンバ天井４０と衝突し、湾曲した天井４０により、基板５０の周縁に向かって円形の流路に方向づけられる。湾曲した天井４０は、上向きに上昇するガス流を下向きで基板５０の周縁に向けるのに十分大きい平均曲率半径を有するのが好ましい。ドーム型天井４０は好ましくは、中間又は平均の曲率半径が少なくとも１５０ｍｍである複数の曲率半径を有する多半径ドームを備えている。例えば、円錐や他の半径方向に対称な形状、又は同軸形状など、頂点を有する他の向かい合う湾曲した面も、チャンバ２５内で処理ガスを方向づけるのに用いることができる。湾曲した天井４０によって方向づけられた処理ガスの流路は、基板５０の平面全体に処理ガス種をより均一に散布し、基板平面全体に、より均一なエッチングや堆積処理をもたらす。
【００２４】
基板を処理するために、処理チャンバ２５は排気されて所定の減圧状態に維持される。その後、ロボットアームとリフトピンシステム（図示せず）によって、基板５０が支持装置４５上に置かれる。電極６５は、所定電圧だけ基板５０に対して電気的にバイアスされる。ガスノズル１４０を通って処理チャンバ２５に導入される処理ガスは、コイル及び／又は電気的にバイアスされた処理電極を用いて、ＲＦエネルギーをチャンバ２５に結合して維持することによって活性化された処理ガス即ちプラズマを形成するよう活性化される。図２ａと２ｂは、処理チャンバ２５内のガス流線を示し、処理ガスは天井４０に向かって上昇して基板５０の周縁に沿って下向きに流れ、排気システム１１５の非対称チャンネル１３０に流れ込む。外気処理ガスは、傾斜した又は対向し互いに向かい合うガスノズル１４０を通って処理チャンバ２５に入り、半径方向に対称なガス流路を循環する。ガスノズル１４０はチャンバ２５の側壁３０の周囲に沿って配置されているが、結果として生じる円形の又は長円形のガス流路は、チャンバ内部のガス流の少なくとも一部がチャンバの上部からチャンバ壁の側部に向かって下へ流れるので、天井を貫通してガスノズルが延びているガス分配器から生じるガス流を模擬したものになる。また、ガス流路はチャンバ２５の上部から基板に向かって下向きであるため、エッチング液の残留物、また基板の周りやガスノズル１４０からはがれ落ちる微粒子による基板５０の汚染が少ない。結果的に基板５０の真上のガス相対圧力が高くなり、基板５０全体の処理速度の均一性が高まり、基板５０を処理するのに使用する処理ガスが低減する。その結果、ガス排気中に放出される処理ガスがより少なくなり、より環境に安全な処理が行われる。
【００２５】
ここで説明した装置２０は、化学的蒸気膜形成等の基板５０上に材料を堆積したり、基板からの材料をエッチングしたり、あるいはチャンバ２５内の壁や部材に堆積した汚染堆積物をきれいにするのに用いることもできる。基板２５上に皮膜を堆積する一般的な化学的蒸気膜形成処理は、Sze監修「VLSI Technology第２版」第９章、McGraw-Hill Publishing Co., New Yorkに全体的に説明されており、参考文献として本明細書に組み込まれている。例えば、ＳｉＯ2は、（ｉ）ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ2Ｈ2などのシリコン系ガスと、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏなどの酸素系ガス、あるいは（ｉｉ）Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4などのシリコンと酸素の両方を含む単独のガスで構成される処理ガスによって堆積される。他の従来のＣＶＤ処理ガスには、ＮＨ3、Ｎ2、ＡｓＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＫＣｌ、ＰＨ3、ＷＦ6及びＳｉＨ4などがある。装置２０は、その他のエッチング処理にも使用することができ、これはS.M.Sze監修「VLSI Technology第２版」第５章、McGraw-Hill Publishing Co., New York（１９８８年）に全体的に説明されており、参考文献として本明細書に組み込まれている。一般的な処理やエッチング金属層は、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＦＣｌ3、ＣＦ2Ｃｌ2、ＣＦ3Ｃｌ、ＣＨＦ3、Ｃ2ＣｌＦ5などの処理ガスを使用する。レジストエッチング処理は、一般的に酸素ガスを使用して基板５０上にポリメリックレジストをエッチングする。
【００２６】
また、本明細書で説明するすべての実施形態において、処理ガスは、約２０から８０体積％、より好ましくは４０から７０体積％の体積百分率比で反応ガスに加えられる中性又は無反応キャリヤーガスを含む。キャリヤーガスはさらに基板５０を処理するのに使用される処理ガスの体積を減少させ、またさらに排出物中の有害又は有毒なガスの排出を低減する。キャリヤーガスは基板平面を通過した活発なガス種を搬送する役目を果たし、基板５０に反応するキャリヤーガス量を最大にする。キャリヤーガスは、反応ガス種をチャンバ２５の全体にわたって基板５０の処理表面を均一に通過させて効率よく搬送することにより、特にガス分配器９０と共に作用して効率よく作動する。
【００２７】
本発明の処理チャンバ２５は、処理の均一性を大幅に改良するものである。従来技術で一般的に考えられているような理論上の散布ガス流が低いチャンバ圧力で作動するすべてのチャンバに発生しないのでこのような結果が得られると考えられている。ある領域において処理ガスはチャンバ中に散布し、別の領域では処理の間に処理ガスの安定状態の流れパターンが発生することが分かっている。安定状態の流れパターンは、ガス種の散布と基板平面の処理の均一性とに影響する。本発明のガス流分配器９０は、安定状態のガス流をもたらし、その結果チャンバ２５内のガス種がより均一に散布し、処理の均一性が向上する。ガス流はガスよどみ部分を減らし、チャンバ壁と基板５０上に処理残留物が余分に堆積するのを防ぐ。基板５０平面を横切るガス流はまた、処理ガスをより効率良く利用し、これにより排出ガス中の有害ガス又は有毒ガスが減少する。
【００２８】
本発明の別の態様において、チャンバ２５への処理ガスの流れは、チャンバ２５への処理ガスのパルス化されたバースト（噴射）をもたらすよう調整される。この態様において、基板５０の処理の間に、処理ガスのガスノズル１４０への流れが始まりその後停止されて、チャンバ２５へ短いパルス化バーストがもたらされる。ガス流制御装置１００は、単一のガスノズル１４０又はガスノズル群１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄを通過する処理ガスの流れを所定の時間調整し、その後ガスノズルを通過する処理ガスの流れを止める。その後ガス流制御装置１００は、他のガスノズル（又はガスノズル群）を通過する処理ガスの流れを所定の時間調整し、その後ガスノズルを通過する処理ガスの流れを止める。ガスノズル１４０を通過するガスの流れを開始して停止することを基板５０の処理の間に少なくとも1度、より好ましくは複数回繰り返す。例えばガス流制御装置１００は、１つのガスノズルのガス流バルブ１５０を作動させて、約１秒から約５０秒チャンバ２５へガスを流し、フローバルブを１秒から５０秒遮断し、そして再び約1秒から約５０秒作動させることを繰り返す。好ましくは、チャンバへの処理ガスのパルス化バーストは、基板５０の周縁に配置された独立した又は一連のガスノズル１４０を通して供給され、ガスノズルの適切な数は、チャンバ２５内で等間隔に配置される２個から８個、より好ましくは４個から６個である。
【００２９】
チャンバ２５の周囲に配置される種々のガスノズル１４０へのガス流を、連続して又は重複して開始させたり停止したりすることにより、チャンバ２５内の処理ガス種の散布と流れパターンとは所定の方法で制御される。さらに、チャンバ内のガスの散布の制御は、各ガスノズル１４０を通して噴射される処理ガスの流量と、処理ガスが特定のガスノズル１４０を通過する時間と、チャンバ内のガスノズルの位置に関連して一連のガスノズル１４０を通過する処理ガス流れのタイミングシーケンスとを変化させることにより可能である。一連のガスノズル１４０を通過する処理ガス流れの各々の順序は、処理サイクルを形成し、単一の基板５０を処理する間、処理サイクルは複数回繰り返される。一般的に、各処理サイクルにおいて、約１秒から約１０秒間、より好ましくは約１秒から約５秒間ガスノズルを通して処理ガスが噴射される。サイクル数は所望の処理時間の合計に基づく。例えば、処理ガスが各ガスノズルに２秒だけ導入される場合、完了するための基板処理時間は計４０秒で、合計約５サイクル繰り返され、各サイクルで約８秒間処理ガスがチャンバ２５に噴射される。
【００３０】
図３ａから３ｃはチャンバ２５内の一連のガスノズル１４０を作動させる、異なる処理ガス流のタイミングシーケンスを例示的に示すものである。これらの図はタイミングシーケンス、つまりチャンバ２５の側壁に沿って周囲に配置された、４つののガスノズル１４０の１つに処理ガスを供給する各々のバルブ１５０の開閉時間をグラフで示すものである。特定のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０は所定の時間、例えば１０秒間開放されて処理ガス源をチャンバ２５に供給し、その後ガス流バルブは遮断され、他のガス流バルブが作動されてチャンバ内に他の処理ガス源を供給する。図３ａのガス流の時間サイクルは、処理ガスをまず第１ガスノズル１４０を通して導入し、その後連続して第２、第３、第４ガスノズルのそれぞれを通して流入してサイクルを終了する４段階で構成される第１サイクルを有する。ガス流バルブ１５０の作動タイミングシーケンスにより、チャンバ２５へのガス流が、処理チャンバの周囲に沿ってチャンバ２５の中央縦軸の回りを回転するように見える。隣接するガスノズル１４０は作動したり停止したりして、外見上時計回り又は反時計回りに移動する回転するガス源が得られる。又は、処理ガスの流れは、チャンバ２５の周囲で１つのガスノズルから他のガスノズルへと、ガスノズルの順序を変えたり、ガスノズルの順序を重複させてパルス化することもできる。例えば、一般的に順序を重複させるものでは、処理ガスがチャンバ２５に流れるようにガスノズル１を開放し、ガスノズル１が閉まる前に、隣接するガスノズル２を開放し、所定の重複時間ガスノズル２を開放した後でガスノズル１を遮断する。その後、ガスノズル２がまだ開放している間にガスノズル３を開放して、その後ガスノズル２を遮断する等、チャンバ２５の周囲のまわりにパルス化ガス源のタイミングシーケンスを回転させたり重複させたりする。
【００３１】
他の好ましい実施形態において、図３ｂに示すように、ガス流制御装置１００は、処理チャンバ２５内の１箇所で互いに向かい合う一対の対向ガスノズル１４０と、処理チャンバガス２５の他の位置で互いに向かい合う別の一対の対向ガスノズル１４０との間で、第１及び第２処理ガス流の流れを交互に切り替える。この例では、ガス流はまず、互いに向かい合う第１の対の第１及び第２ガスノズル１４０ａ、ｂを通して供給される。第１の対のガスノズル１４０ａ、ｂを通過するガスの流れを止める前後に、第２の対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通過するガス流を開始させ、チャンバ２５内の他の位置に設けた他の対のガス噴射ノズル１４０ｃ、ｄからチャンバ２５に処理ガスを流入する。好ましくは、ガス分配器９０は、チャンバ２５の周囲に沿って９０度間隔を空けて設けた少なくとも２対のノズルで構成して、それぞれの対のノズルを対向させて互いに向かい合うようにする。第１及び第２ガス流が、向かい合う一対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して噴射されるように、一対の向かい合うノズルのそれぞれのガスノズル１４０ａ、ｂを同時に作動し、その後停止させる。その後、第２の対の向かい合うガスノズルの各ガスノズル１４０ｃ、ｄを作動し、その後停止させる。つまり、２対のガスノズル１４０ａ、ｂと１４０ｃ、ｄを連続して作動させて、チャンバ２５を横切って互いに直交する２本の線上に設けた処理ガス源から処理ガスのパルス化バーストを供給する。例えば、図３ｂに示すように、約０＜Ｔ＜１０秒の第１時間Ｔの間に、ガスノズル１と３が同時に開放し、約１０＜Ｔ＜２０秒の第２時間Ｔの間に、ガスノズル２と４が同時に開放する。もしくは、図３ｃに示すように、９０度間隔を空けて設けられた２つの隣接するガスノズル１４０を同時に開放して、互いに向かい合う対のガスノズルを通じてではなく、隣接する対のガスノズルを通じて処理ガスを供給することもできる。その他の互いに向かい合う又は隣接するガスノズルをどのように組み合わせて作動させても本発明の範囲内であり、当業者には明らである。
【００３２】
処理ガスを種々のガスノズル１４０に通過させるタイミングシーケンスを調節して、チャンバ内のガス流路又は流れパターンを制御できる。チャンバ２５の回りに配置された一連のガスノズル１４０を作動させたり停止させたりすることは、チャンバ２５へのガスの進入位置を、チャンバ２５の周囲に沿った別の位置に効果的に変える。例えば、ガス流は、チャンバ２５内の１箇所に設けた１つ又はそれ以上のノズル１４０を通して噴射され、その後ガス流は、チャンバ２５内の異なる位置に設けた他のガスノズル１４０を通して噴射される。互いに向かい合う対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して噴射されるガス流は、互いに衝突し、合体して上向きのガス流を形成し、ドーム型天井４０に当たると基板５０の周縁に向かって方向づけられる。チャンバ２５の中心に沿って、また処理チャンバ２５の側壁に沿って垂直上向きに移動するガス流は、特にチャンバ２５の周囲に沿ってガス流が異なる位置の回りを回転する場合、エッチング処理の均一性を大幅に向上させることが分かっている。
【００３３】
基板５０の平面により均一なエッチング速度をもたらすので、ガスのパルス化流は、基板５０をエッチングするエッチングガスをエッチングチャンバ２５に導入するのに特に適している。特に、回転するガス入口源が、エッチング処理の均一性を大幅に向上させることが分かっている。例えば、基板５０の周りの４つのガスノズル１４０で行われるエッチング処理のためのガス流パルスの好ましいシーケンスは、次のようなステップを含む。（ｉ）ガスノズル１を２秒間作動し、停止する。（ｉｉ）ガスノズル２を２秒間作動し、停止する。（ｉｉｉ）ガスノズル３を２秒間作動し、停止する。（ｉｖ）ガスノズル４を２秒間作動し、停止する。（ｖ）これらのステップを基板が処理されるまで１回又はそれ以上の回数随意に繰り返す。他のガス流のシーケンスは、処理の種類とガスノズルの数によって、０．１秒から２．５秒のパルス化ガスバーストを利用できる。
【００３４】
前述の実施形態において、コンピュータ制御システム１４５が、処理チャンバ２５とガスノズル１４０を操作することが好ましい。コンピュータ制御システムは、周辺制御機器でメモリーシステムに相互接続された１つ又はそれ以上の中央演算ユニット（ＣＰＵ）、例えばカリフォルニア州サンタクララのインテル社から市販されているPentium（登録商標）マイクロプロセッサを含むコンピュータを制御するコンピュータプログラムコードプロダクトを有する。コンピュータ制御システム１４５のＣＰＵは、チャンバ２５の特定の構成要素、例えばガスノズル１４０を操作するＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含むこともできる。オペレータとコンピュータシステム１４５間のインターフェイスは、一般的にビデオモニター１５５とライトペン１６０である。特定のスクリーンや機能を選択するために、オペレータはＣＲＴモニター１５５に表示された画面の指定された部分をライトペン１６０で触れて、ペンのボタンを押す。触れられた部分の色が変わるか、あるいは新しいメニューやスクリーンが表示されて、ライトペン１６０とＣＲＴモニター１５５間の通信が確認される。その他の装置、例えばキーボード、マウス、ポインティング通信装置も、ユーザーがコンピュータ制御システム１４５と通信することができるよう用いることができる。
【００３５】
コンピュータ制御システムのＣＰＵや他の装置を操作するコンピュータプログラムコードは、例えばアセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカルなど、従来のコンピュータで読み取り可能なプログラム言語で書き込みすることができる。適当なプログラムコードは、従来のテキストエディターを利用して単独のファイル又は複数のファイルに入力され、コンピュータ制御システム１４５のメモリーシステムなど、コンピュータに利用可能な媒体に保存又は組み込まれる。入力されたコードテキストが高次元の言語であれば、コードは、プリコンパイルされたウインドウズライブラリ手順のオブジェクトコードにリンクされたコンパイラーコードにコンパイルされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザーは、オブジェクトコードを呼び出して、コンピュータにメモリーシステムのコードをロードさせてコンピュータプログラムコードで認識されたタスクを実行する。
【００３６】
コンピュータプログラムコードは、タイミング、処理ガス成分、チャンバ圧力、基板温度、ＲＦ電力レベル及び他の処理チャンバ２５内で実行される処理方法（レシピ）のパラメータを操作する一組又はそれ以上のコンピュータ命令を含む。コンピュータプログラムコードは、ガスノズル作動／停止操作、ガスノズルのタイミングシーケンス制御、ガスノズル１４０を通る処理ガスの流量を制御するガス流制御装置１００の作動制御を含む、ガス流分配器システム９０を操作するコンピュータ命令コードを有する。
【００３７】
コンピュータプログラムコードの好ましい例は、図４に示すように、複数のプログラムコード、例えばオペレータが処理方法を入力したり選択したりでき、また選択された処理チャンバ２５内で処理方法の操作を実行するプログラムコード１７５、処理チャンバ２５内のチャンバ構成要素の優先順位を操作し管理するチャンバ管理プログラムコード１８０、ガスノズル１４０を操作するガス流制御装置プログラムコード１８５を備えている。一連のタスクを実行する別々のプログラムコードとして例示したが、これらのプログラムコードが統合化できること、あるいは１つのプログラムコードのタスクを他のプログラムコードのタスクと統合して所望の一連のタスクを得ることができることを理解されたい。つまり、ここで説明したコンピュータ制御システム１４５とコンピュータプログラムコードは、ここに説明するプログラムコードの特定の実施形態に限定されるものではなく、また等価の機能セットを果たす別のプログラムコードセット（集合）やコンピュータ命令セットは本発明の範囲にある。
【００３８】
操作において、ライトペン１６０とＣＲＴモニター１５５によりユーザーは処理セットと処理チャンバ数を処理選択プログラムコード１７５に入力する。処理セットは、チャンバ２５内で特定の処理方法を実行するのに必要な処理パラメータからなり、処理セットは予め定義されたセット番号により認識される。処理選択プログラムコード１７５は、所望の処理チャンバ２５と処理パラメータのセットを認識して、特定の処理を実行する処理チャンバを制御する。処理パラメータは、例えばチャンバ温度や圧力などの処理条件で、ガス励起装置のパラメータは、マイクロ波又はＲＦバイアス電力レベル、磁界力レベル、冷却ガス圧力、チャンバ壁温度を含む。処理条件はまた、ガス成分、流量、ガスノズル１４０のフローバルブ１５０のタイミングを設定するガスバルブタイミングシーケンスを含む。タイミングシーケンスは、オペレータが入力したタイミングインターバルを一覧表にしたタイミング命令の表に保存されるか、あるいは所定の操作の順序でフローバルブ１５０の作動(ターンオン)と停止（ターンオフ）のタイミングのアルゴリズムを含む。
【００３９】
処理選択プログラムコード１７５によって決定された処理セットに基づいて、特定の処理セットパラメータを、複数の処理タスクを異なる処理チャンバで制御するチャンバ管理プログラムコード１８０に与えることによって、処理選択プログラムコード１７５は、処理セットを実行する。例えば、チャンバ管理プログラムコード１８０は、基板をエッチングしたり、チャンバ２５内で基板に材料を堆積したりするプログラムコードを有する。チャンバ管理プログラムコード１８０は、チャンバ構成要素の作動を制御するコード命令セットを通して、様々なチャンバ構成要素の実行を制御する。チャンバ構成要素コード命令セットの例としては、支持装置３０ａの上の基板を取り込み取り除くロボット構成要素を制御する、基板位置決め命令セットと、チャンバ２５に供給する処理ガスの成分と流量とを制御する処理ガス制御命令セット１９５と、スロットルバルブ８０の開度を制御する圧力制御命令セット２００と、ガス励起装置７２の電力レベルを制御するガス励起装置制御命令セット２０５を挙げることができる。さらに、ガス流制御装置プログラムコード１８５は、ガス分配器９０を操作して、処理チャンバへの処理ガスの流れを制御する。操作において、チャンバ管理プログラムコード１８０は、実行されている特定の処理セットにしたがって、選択的にチャンバ構成要素命令セットを呼び出し、チャンバ構成要素命令セットの一覧表を作り、様々なチャンバ構成要素の作動を監視し、実行される処理セットの処理パラメータに基づいて、どの構成要素が操作されるべきかを決定し、監視と決定ステップに反応してチャンバ構成要素命令セットの実行を行う。
【００４０】
ガス流制御装置プログラムコード１８５は、ガスノズル１４０へのガス導管内で各フローバルブ１５０を制御するフローバルブ命令セット２１０と、フローバルブ１５０を開閉する順序のタイミングを合わせるタイミングシーケンス命令セット２１５を含む。一連のタスクを行う別々の命令セットとして説明したが、これらの命令セットはそれぞれ互いに統合化でき、あるいは一連のプログラムコードのタスクを他のタスクと統合して所望の一連のタスクを実行することができることを理解されたい。つまり、ここに説明するコンピュータシステム１４５とコンピュータプログラムコードは、ここに説明する機能ルーチンの特定の実施形態に限定されるものではなく、等価の機能セットを実行する他のルーチンセットや結合されたプログラムコードセットも同様に本発明の範囲内にある。
【００４１】
フローバルブ命令セット２１０は、単一のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０を作動させ（スイッチオン）てその中にガスを流すか、より好ましくは、互いに向かい合う一対のガスノズル１４０ａ、ｂを同時に作動させて、互いに向かい合うガスノズルの両方から同時にガスを流す。好ましくは、フローバルブ命令セット２１０は、特定のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０を、チャンバ２５内の特定の基板５０を処理するのに必要な時間よりも短い時間作動させて、チャンバ２５内の処理ガスのパルス化バーストを流す。より好ましくは、前述のように、フローバルブ命令セット２１０は、一対の互いに向かい合うガスノズル１４０ａ、ｂのフローバルブを短時間同時に作動させて、チャンバ２５内の１箇所に配置された一対の互いに向かい合うガスノズルを通してガスの第１バーストを流し、その後、チャンバの別の位置に配置した別の一対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通してガスの第２バーストを流す。
【００４２】
タイミングシーケンス命令セット２１５は、オペレータが処理選択プログラムコードに入力したタイミングシーケンス命令とタイミングインターバルの一覧から、あるいは、各バルブの作動の望ましい所定の順番でフローバルブ１５０の作動（ターンオン）と停止（ターンオフ）の順序のタイミングをとるアルゴリズムからをフローバルブ１５０のタイミングを設定する。特定のガスノズル１４０に供給する各々のガス流バルブ１５０は、オペレータがプログラムする所定のタイミング順序の特定の番号により識別可能である。タイミングシーケンス命令セット２１５は、（ｉ）第１対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して処理ガスを所定の時間流し、その後、第１対のガスノズルによる処理ガスの流れを停止し、（ｉｉ）第２対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通してガスを所定の時間流し、その後、第２対のガスノズルによる処理ガスの流れを停止するようなコードを含む。タイミングシーケンス命令セット２１５は、（ｉ）と（ｉｉ）のステップを少なくとも１度繰り返して、所望の所定シーケンスでガス流バルブ１５０の作動時間を調節する。
【００４３】
（実施例）
図５ａから７ｂで示す以下の実施例は、本発明の処理チャンバ２５とガス流分配器９０が、ガス種の均一な散布と、基板平面にわたる均一なガス流パターンをもたらすことを示すものである。これらの実施例において、チャンバ２５は、チャンバ２５の側壁３０に沿って互いに９０度、等間隔に配置された４つのガスノズル１４０を備えている。これらのテストにおいて、基板上に約１０，０００Åの厚さで堆積されたアルミニウムのブランケット層がエッチングされた。図５ａから図７ｂは、３つの別々のテスト結果を示し、基板５０の平面に対するガスノズル１４０の角度を、それぞれ４５度、６０度、７５度に保持した。エッチングガスはＣｌ2、ＢＣｌ3、Ｎ2を含み、チャンバ２５の圧力は−１０ｍTorr、チャンバ２５の温度を８０℃に維持した。エッチングガスをガスノズル１４０を通じて以下のシーケンスでパルス化した。（ｉ）互いに向かい合うガスノズル１と３を２秒間作動してその後停止し、（ｉｉ）互いに向かい合うガスノズル２と４を２秒間作動してその後停止する。その後、ステップ（ｉ）と（ｉｉ）を合計２０処理回数繰り返して、約４０秒の累積処理時間を得た。
【００４４】
図５ａは、傾斜角４５度でチャンバにガスを噴射するガスノズル１４０を有する処理チャンバ２５内で処理されるアルミニウムブランケット層の表面のエッチング量の等高線（エッチング勾配を表現する）を示す、基板平面の等高線地図である。各等高線は、エッチング後に残る残留アルミニウムの特定の厚さを表し、２８２３Åから３２７６Åの範囲である。エッチングされたアルミニウムの平均厚さは約３０９３Åであった。４５度の傾斜ガスノズル１４０を有するチャンバにおいて、基板５０にわたって標準偏差１σでエッチング速度変動が１０．８％は、従来技術に比べると基板のエッチング速度の均一性が大幅に向上したことを示す。図５ｂは、図５ａの等高線地図の３次元断面図で、Ｚ軸は基板５０平面のエッチング速度を表し、基板の周縁に沿って少し高いエッチング速度を示す。
【００４５】
図６ａの等高線地図は、チャンバ２５内のエッチング均一性がますます向上していることを示しており、ガスノズル１４０は、処理ガス流を基板５０の平面に対して傾斜角６０度で湾曲天井４０の方向に向いている。エッチング後に残る残留アルミニウムの範囲は３２４３Åから３８９９Åで、平均厚さは３５９０Åである。エッチング速度は基板５０にわたって標準偏差１σで変化し、エッチング速度の百分率変動は約４．８３１％であったが、水平あるいは垂直流路においてガスを流すガスノズルを有する従来のチャンバ設計では１σでエッチング均一性は２０％である。図６ｂは図６ａの３次元図であり、Ｚ軸は基板５０にわたるエッチング速度を示す。図６ｂの中央の凹みから、基板５０周縁で少し高いエッチング速度が得られているのが分かる。
【００４６】
図７ａの等高線地図は、チャンバ２５内のアルミニウム層ブランケット層のエッチングトポロジー面のエッチング勾配線を示し、ガスノズル１４０は７５度で傾斜されている。エッチング後に残る残留アルミニウム層の厚さは、３０５１Åから３６９９Åで、平均厚さ約３３８６Åであった。１σでエッチング均一性３．５７８％が得られたことが分かる。図７ｂは、図７ａの３次元図で、Ｚ軸は基板５０にわたるエッチング速度を示し、優れた均一性とエッチング速度を示している。
【００４７】
基板５０のアルミニウム層のエッチング処理から明らかなように、本発明のガス分配器９０とチャンバは非常に改良された処理をもたらす。この新規なガス流分配器は、方向付けられたガス流を提供し、その結果チャンバ２５内でガス種がより均一に散布し、これにより処理の均一性が大幅に向上した。さらに、基板５０とチャンバ壁を横切る処理ガス流は、ガスよどみ部分と、好ましくない種のガス相核形成と、側壁３０とチャンバ２５の構成要素上の余分なエッチング液残留物の堆積とを低減する。チャンバ内のガス流は、より効果的にチャンバ２５内の処理ガスを利用することも分かっており、そのため基板５０を処理するのに用いられるガスの量が低減し、排出物の好ましくないガスや有害及び有毒なガス種の濃度が低くなる。
【００４８】
本発明は好ましい例についてはかなり詳細に説明したが、他の例も可能である。例えば、ガスノズル１４０の位置を変えることは当業者には明らかである。例えば、ガスノズル１４０は、天井４０を貫通して延びてもよく、底壁から基板周縁に延びてもよい。また、基板５０とチャンバ２５との相対的大きさによりガスノズル１４０の数と位置を変えて、所望のチャンバ２５内のガス流パターンを得ることもできる。さらに、上部、下部、中央、天井４０、基部、床等の空間的な方向や構造も、本発明の範囲に影響を与えることなく同等又は反対の方向に変更できる。したがって、請求項は本明細書に含まれる好ましい例の説明に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
２０ 装置
２５ 処理チャンバ
３０ 側壁
３５ 底壁
４０ 天井
４５ 支持装置
５０ 基板
５５ 誘電部材
６０ 受容面
６５ 電極
７０ ガス貫通孔
７２ ガス励起装置
８０ 誘導アンテナ
８５ ＲＦ供給電源
９０ ガス分配器
９５ 処理ガス供給部
１００ ガス流制御装置
１０５ 質量流量制御装置
１１０ ガス供給管
１１５ 排気システム
１２０ 排気ポンプ
１２５ スロットルバルブ
１３０ 非対称ポンピングチャンネル
１３５ 金属ライナー
１４０ ガス噴射ノズル
１４５ コンピュータシステム
１５５ ビデオモニター
１６０ ライトペン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を処理する処理チャンバに関し、特に処理ガスを処理チャンバに散布するガス分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理チャンバ内に均一でない処理ガスを散布する処理ガス分配器は、処理速度や、チャンバ内で処理される基板平面全体の均一性を大きく変動させることがある。半導体製造において、処理ガスはチャンバ内に導入され、処理ガスからプラズマが形成され、エッチングしたり基板上に材料を堆積したりする。しかし、現在の半導体基板は直径が１００ｍｍ（４インチ）から３００ｍｍ（１２インチ）にまで大きくなっている。これに比例してチャンバの容積も増え、処理ガスの均一な散布や、基板の処理平面全体のプラズマ種を得るのがより困難になる。その結果、処理速度や、基板の中央から周縁にかけての処理の均一性に大幅な変動がよく見られる。
【０００３】
処理チャンバに均一に処理ガスを散布するためのガスノズルを内部に貫通させた貫通部を備えるセラミック部材を作成することが難しいので、セラミックの壁や天井を有する処理チャンバでは、均一な処理ガスの散布を得ることが特に問題になる。セラミック壁は、酸化アルミニウムやシリコン等の多結晶質セラミック材料で形成するが、これらはもろい材料であり、セラミック部材を破壊又は破損しないでガス貫通を維持する穴を加工することは難しい。また、セラミック壁に近接するＲＦ活性化コイル等の他の部材は、壁を貫通するガスノズルを配置できるスペースをさらに制限する。したがって、セラミック部材をドリルで貫通して設けられた穴や他の貫通部を必要とせずにセラミックの壁や天井を有する処理チャンバ内で、処理ガスを均一に散布するガス分配器が必要となる。
【０００４】
現在の処理チャンバの別の問題は、基板全体に均一な処理速度で処理するためには、基板の処理の間に実際に消費される処理ガス量に比べて、相対的に大きな処理ガス量が必要とされる点である。従来の処理チャンバは、半導体基板を完全に確実に処理するのに大量の処理ガスを必要とする。例えば、一般的なＣＶＤ処理は３０％から６８％の効率であり、すなわち、７０％から３２％の処理ガスが未使用のまま排気ガス中に排出されてしまう。典型的なエッチング処理は、さらに非効率的であり、処理ガス全体量の１０％しか使用しないことも多い。処理ガス利用におけるこうした非効率性により、特に処理ガスが高価な場合、基板当たりの処理コストが高くなる。また、未使用の処理ガスの過剰な排出は、排気処理ガス中の有毒なつまり環境に有害な化合物を減少させる何らかの形式の排気低減装置を必要とし、これもまた高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、特に直径の大きい基板のためのチャンバ内で、処理ガスを均一に散布するガス分配器を備えた処理チャンバが必要である。さらに、チャンバ内の処理ガスの利用効率を高め、それによって環境に有害な排出物を低減するガス分配器が必要である。また、チャンバ内で均一にガスを散布するのにセラミックの壁に穴や貫通部を必要としないガス分配器が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、半導体基板を処理する処理チャンバは、支持装置と、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射するようになっているガス分配器（ディストリビュータ）と、ガス励起装置（エナジャイザ）と、排気装置とで構成される。支持装置に保持された基板は、ガス分配器により散布され、ガス励起装置により活性化され、排気装置により排出される処理ガスによって処理される。より好ましくは、ガス分配器は、２つ又はそれ以上の処理ガス流を発生させて、それらを互いに衝突させて、処理チャンバ内に循環ガス流を形成するのに十分大きい傾斜角度で処理ガスを噴射する複数のガスノズルを含む。
【０００７】
別の実施形態において、ガス分配器は処理チャンバに処理ガスを供給する複数のガスノズルと、ガスノズル間の処理ガス流れを交互にするガス流制御装置とを備える。好ましくは、ガス分配器は、処理チャンバに処理ガスを噴射する第１及び第２ガスノズルと、コンピュータ制御システムと、ガス分配器を操作するコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ利用可能媒体を備え、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第１ガスノズルを通しての処理ガス流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第２ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止する。
【０００８】
また別の実施形態において、処理チャンバは支持装置上のドーム天井と、ドーム天井に近接する誘導アンテナとを備え、処理チャンバ内でＲＦエネルギーを処理ガスと結合させる。ガス分配器は、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射する、互いに向かい合うガスノズルと、処理チャンバから処理ガスを排出する排気装置とを含む。好ましくは、ドーム天井は、ＲＦエネルギーを誘電コイルからその内部に透過し得る十分低い電気感受性を備えた半導体材料を含む。
【０００９】
他の態様において、本発明は半導体基板を処理する方法に関し、基板は処理チャンバ内で支持装置上に位置決めされ、処理ガス流は基板平面に対して所定の傾斜角度で処理チャンバに噴射される。処理ガスは、処理ガスを処理チャンバに導入する前と後のいずれかにおいて、基板を処理するよう活性化できる。好ましくは、本発明の方法はさらに、基板に対向する湾曲面を維持するステップを含み、湾曲面は、処理ガス流を下向きに、また基板の周縁に沿って方向づけるのに十分大きい曲率半径を有する。
【００１０】
また別の態様においては、本発明は処理方法に関し、基板は処理チャンバ内で支持されている。処理ガスの第１バーストは、第１ガスノズルを通して処理チャンバに噴射され、処理ガスが活性化される。その後、処理ガスを活性化し続けながら、処理チャンバに処理ガスの第２バーストが第２ガスノズルを通して噴射される。好ましくは、これらのステップを少なくとも１度繰り返す。
ここに述べるまたその他の本発明の特徴、態様及び利点は、以下の説明、請求の範囲及び本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の処理チャンバと処理ガス分配器の概略側面断面図である。
【図２ａ】ガス流路を示す本発明の処理チャンバと処理ガス分配器の概略側面断面図である。
【図２ｂ】図２ａの処理チャンバの概略平面図である。
【図３ａ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図３ｂ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図３ｃ】処理ガスをガスノズルに供給するフロー制御装置を作動させるガス流タイミングシーケンスのグラフ表示である。
【図４】本発明におけるコンピュータプログラムプロダクトを説明するブロック図である。
【図５ａ】４５度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線地図である。
【図５ｂ】図５ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【図６ａ】６０度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【図７ａ】７５度の角度に傾斜したガスノズルを有するチャンバ内でエッチングした、基板上のアルミニウムブランケット層のエッチング速度の等高線地図である。
【図７ｂ】図７ａの等高線地図におけるエッチング速度の３次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の処理チャンバは、処理チャンバ内に処理ガスをより均一に散布することができるガス散布システムを利用して半導体基板を処理する。図１に概略的に示す本発明の例示的な装置２０は、本発明を例示することを目的としており、本発明の範囲を限定するものではない。装置２０は、全体的に側壁３０、底壁３５及び天井４０を有する密閉チャンバ２５を備える。チャンバ２５は、金属、セラミック、ガラス、ポリマー等の種々の材料、及び複合材料から作られている。処理チャンバ２５を作るのに一般的に用いられる金属としては、例えば陽極酸化アルミニウム、ステンレス鋼、インコネル（商標）等があるが、陽極酸化アルミニウムが好ましい。チャンバ２５を作るのに用いることができるセラミックや半導体材料は、例えば、シリコン、炭化ホウ素、酸化アルミニウムなどがある。
【００１３】
処理チャンバ２５は、チャンバ２５の底部に受台つまり支持装置４５を含み、その上の基板５０を支持する。好ましくは、支持装置４５の上に設けた誘電部材５５は、基板を受容する受容面６０を有する。誘電部材５５は、セラミック又はポリマー、例えば酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの単一モノリシック構成であり、誘電部材５５に埋め込まれた電極６５を有している。好ましくは、電極６５は、導電性があり溶融点が高い耐火性金属、例えばタングステン、タンタル、モリブデンから作られている。図１に示すように、誘電部材５５は、ヘリウムなどの伝熱ガスを基板下の受容面６０に供給するガス貫通孔７０を有する。一般的に、一連のガス貫通孔７０は、誘電部材５５の円周に設けられており、基板下の部分に伝熱ガスを均一に散布する。
【００１４】
誘電部材５５内の電極６５は２つの機能を備えており、その機能は、チャンバ２５の電気的バイアス面又は接地面に静電的に結合させることによって、チャンバ２５の処理ガスからプラズマを活性化し持続するガス励起装置７２即ちプラズマジェネレータと、また基板５０を静電的に保持する静電電荷を発生する静電チャックとである。電極電源７５は、電極６５と、天井４０などのチャンバ２５の表面の間の電位を維持する。好ましくは、ＤＣチャック電圧とＲＦバイアス電圧の両方は、電気コネクタを介して電極に付与される。ＲＦバイアス電圧は、１３．５６ＭＨＺから４００ＫＨＺの１つ又はそれ以上の周波数で、約５０から約３０００ワットの電力レベルを有する。ＤＣ電圧は、一般的に２５０ボルトから２０００ボルトであり、基板５０を保持する静電電荷を発生するために電極６５に印加される。
【００１５】
装置２０は、天井４０に隣接する誘導アンテナ８０から伝導されるＲＦ誘導電界と結合するための窓の役割を果たすドーム型の天井４０を備え、チャンバ内で処理ガスを活性化する。ドーム型というのは、単一又は複数の半径ドーム、平面、円錐、切頭円錐、円筒、複数の側面を有する多面形天井部材、又はこれらを組み合わせたものである。好ましくは、誘導アンテナ８０は、円形対称で、処理チャンバ２５の縦軸と中心軸が同軸で、基板５０の平面に垂直な複数のコイルで構成される。円形対称の複数のコイルは、対称の中心軸に沿ってゼロ又は最小の誘導電界ベクトル成分を空間的に分布して、基板５０の中心の電子数を減らすようになっており、本明細書に参考文献として組み込まれている米国特許出願番号０８／６４８，２５４に説明されている。各コイルは約１から約１０巻を備えており、より典型的には約２から約６巻であることが好ましい。
【００１６】
１つの例において、天井４０は、誘導アンテナ８０のＲＦ誘導電界に対するインピーダンスが低く、天井４０を介して誘導アンテナ８０によって最小限の電力ロスで発生するＲＦ誘導電界を伝導するのに十分低い電界感受性をもつ誘電又は半導体材料で作られている。例えば、天井は、ＲＦ誘導電界に対して透過性の酸化アルミニウムで作ることができる。また、天井４０は金属又は半導体材料で作ることができ、ある電位又は電気接地に維持することができる。一般的に、ＲＦ供給電源８５は誘導アンテナ８０に電力を供給し、電極電源７５は天井４０に対して電極６５をバイアスする。電極６５や誘導アンテナ８０の代わりに、ガス励起装置７２が、処理チャンバに噴射する前又は後の処理ガスを活性化することができるマイクロ波や、他の電離放射線の供給源を含んでもよい。
【００１７】
処理ガスと、基板の処理の間に生成される処理ガスの副産物は、排気ライン中にスロットルバルブ１２５を有する排気ポンプ１２０（一般的に１０００リットル／秒のターボ分子ポンプと荒引きポンプとを有する）を備える排気システム１１５により排出されて、チャンバ２５内の処理ガスの圧力を制御する。好ましくは、チャンバ２５の下部を取り囲む環帯が、非対称ポンピングチャンネル１３０を形成して、チャンバ２５の外にガスをポンプで押し出し、基板平面の周縁のガス種をより均一に散布する。非対称ポンピングチャンネル１３０の内部には、交換可能な金属ライナー１３５を打たれており、環帯に形成された残留物を取り除いてクリーニングするのを容易にする。
【００１８】
基板を処理するには、処理ガスは、本発明のガス分配器９０（即ちガス散布システム）を介してチャンバ２５に導入され、このガス分配器は、処理ガス供給部９５と、ガス供給管１１０を通るガスの流れを制御する質量流量制御装置（ＭＦＣ）１０５を操作するガス流制御装置１００と、処理ガスの流れをチャンバ２５に向ける１つ又はそれ以上のガス噴射ノズル１４０とを一般的に含む。処理ガス供給部９５は、圧縮された処理ガスのタンク等の従来のガス供給部を備える。ガス流制御装置１００は、処理ガスの流れを制御し、一般的に、コンピュータ制御システム１４５と、各ガス供給管１１０内の質量流量制御装置１０５及び／又は特定のガスノズル１４０に延びる空気圧弁又は電磁弁１５０を操作するコンピュータプログラムを備える。好ましくは、天井４０を貫通して孔又は他の貫通部を加工する必要がないよう、ガス供給管１１０はチャンバ２５の側壁３０を貫通して延びる。
【００１９】
ガスノズル１４０は、単一のガスノズルか、より好ましくは複数のガスノズル１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄを備えている。好ましくは、複数のガスノズルの場合、チャンバ２５の直径にわたって互いに対向する１組のガスノズル１４０ａ、ｂを備えている。１組の構成の場合、第１ガスノズル１４０ａは基板の平面に対して所定の傾斜角度で第１のガス流をチャンバ２５に噴射し、第２ガスノズル１４０ｂは第１ガスノズル１４０ａに対向し、基板５０の平面に対して同様に所定の傾斜角度で第２のガス流をチャンバ２５に噴射する。一対の対向傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂを用いることもできるが、図１に示すように複数対のガスノズル１４０ａ、ｂと１４０ｃ、ｄを用いることが好ましい。より好ましくは、複数対の対向するガスノズル１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄは、間隔を空けて基板５０の周縁に配置した、１つ又はそれ以上のグループのガスノズル１４０を備え、基板５０の周縁からチャンバ２５に入る処理ガスが均一に流動するようにする。好ましい実施形態において、ガス分配器９０は少なくとも４つから８つのガスノズル１４０を、チャンバ２５の周囲に９０度又は４５度の間隔で離間して対称的に配置し、処理チャンバ全体に均一に処理ガスを噴射する。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つのグル−プの第１及び第２ガスノズル１４０ａ、ｂが基板５０の平面に対して所定の傾斜角度で第１及び第２ガス流を噴射する。ガス流が噴射される角度は、第１及び第２ガス流を発生させるのに十分大きいものにして、図２ａと図２ｂのガス流路線で示すように、互いに衝突し、基板５０の中央より上の天井まで上昇し、基板５０の周縁に沿って下降するる循環ガス流を形成する。好ましくは、ガスノズル１４０は環状カラー１４８の傾斜面あるいはチャンバ２５の側壁３０に配置される。ガスノズル１４０の各出口は、基板５０の平面に対して上向きの傾斜角を形成する中央軸を有する縦チャンネルを備えており、それがチャンバ２５の天井４０に向けてガス流を押し上げる。チャンバに流入するガス流の中心軸の傾斜角度を決定する縦チャンネルの好ましい傾斜角度は、約３０度から約８０度で、より好ましくは約４０度から６０度であることが分かっている。これらの角度において、ガスノズル１４０からのガス流は、基板５０の平面にわたっての処理ガスを均一に散布し、基板の生産高を大幅に向上する循環ガス流パターンを形成することが分かっている。
【００２１】
好ましい実施形態において、ガス分配器９０は、基板５０の平面に対して所定の傾斜角度でガス流を噴射する互いに向かい合う傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂの第１グループと、基板５０の平面にほぼ平行な面にガス流を噴射する互いに向かい合う非傾斜のガスノズル１４０ｃ、ｄの第２グループを備えている。好ましい構成では、ガスノズル１４０は、チャンバ２５の外周に沿って延びる環状カラー１４８に取り付けられる。カラー１４８は、チャンバに所定の傾斜角度でガスを噴射する傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂのグループを含む傾斜面と、基板５０の面に平行にガスを噴射する直接対向するガスノズル１４０ｃ、ｄのグループを含む垂直面とを有する。環状カラー１４８は、残留物の堆積を簡単にクリーニングできるガスノズルを含むなめらかで平らな面を備え、基板についての処理ガスを含むようになっている。環状カラー１４８は、セラミック材質又は金属材料のブロック又は分割したブロックから加工することができ、ガスノズル１４０の導管と出口とを有する。
【００２２】
動作において、傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂはガス流を所定の傾斜角度で噴射して、傾斜ガス流を発生させて互いを衝突させ、合体させ、基板５０の中心の真上に上昇し、対向する天井４０又はチャンバ２５の他の表面に突き当たり、基板５０の周縁に沿って下降する混合ガス流を形成する。ガス流を直接相手に対して噴射する対向ガスノズル１４０ｃ、ｄは、合体ガス流の一部が基板５０の中心に下降し、ガス流の別の一部が基板５０の中心の真上に上昇するように、基板５０の中心の真上で直接ガス流を衝突させる。基板の中心及び周縁にわたって上昇したり下降したりする混合ガス流は、チャンバ２５全体にガスを散布し、結果的に基板５０の平面全体にわたって均一な処理速度を得られる。傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂの数と傾斜角、及び対向するガスノズル１４０ｃ、ｄの数は、処理チャンバの大きさと、ガスノズル１４０を通る処理ガスの容積流量に左右される。２つのグループのガスノズルとして説明したが、ガス分配器９０は、複数グループの傾斜及び非傾斜ガスノズル１４０を備え、各グループのガスノズルを基板５０の平面に対して、又は天井４０の表面の形状に対して異なる角度に傾斜させることもできる。ガスノズル１４０のグループはチャンバ２５内で相互に対称的に配置し、チャンバに沿って等間隔で配置し、傾斜ガスノズル１４０ａ、ｂと非傾斜ガスノズル１４０ｃ、ｄを交互に配置することが好ましい。
【００２３】
向かい合うガスノズル１４０によって供給される循環ガス流は、例えば基板５０の処理表面に向かい合い対向するドーム型天井４０等の、湾曲したチャンバ表面と組み合わされて特に効果的に作用する。この例において、基板５０の中心の真上で上向きに移動するガス流がチャンバ天井４０と衝突し、湾曲した天井４０により、基板５０の周縁に向かって円形の流路に方向づけられる。湾曲した天井４０は、上向きに上昇するガス流を下向きで基板５０の周縁に向けるのに十分大きい平均曲率半径を有するのが好ましい。ドーム型天井４０は好ましくは、中間又は平均の曲率半径が少なくとも１５０ｍｍである複数の曲率半径を有する多半径ドームを備えている。例えば、円錐や他の半径方向に対称な形状、又は同軸形状など、頂点を有する他の向かい合う湾曲した面も、チャンバ２５内で処理ガスを方向づけるのに用いることができる。湾曲した天井４０によって方向づけられた処理ガスの流路は、基板５０の平面全体に処理ガス種をより均一に散布し、基板平面全体に、より均一なエッチングや堆積処理をもたらす。
【００２４】
基板を処理するために、処理チャンバ２５は排気されて所定の減圧状態に維持される。その後、ロボットアームとリフトピンシステム（図示せず）によって、基板５０が支持装置４５上に置かれる。電極６５は、所定電圧だけ基板５０に対して電気的にバイアスされる。ガスノズル１４０を通って処理チャンバ２５に導入される処理ガスは、コイル及び／又は電気的にバイアスされた処理電極を用いて、ＲＦエネルギーをチャンバ２５に結合して維持することによって活性化された処理ガス即ちプラズマを形成するよう活性化される。図２ａと２ｂは、処理チャンバ２５内のガス流線を示し、処理ガスは天井４０に向かって上昇して基板５０の周縁に沿って下向きに流れ、排気システム１１５の非対称チャンネル１３０に流れ込む。外気処理ガスは、傾斜した又は対向し互いに向かい合うガスノズル１４０を通って処理チャンバ２５に入り、半径方向に対称なガス流路を循環する。ガスノズル１４０はチャンバ２５の側壁３０の周囲に沿って配置されているが、結果として生じる円形の又は長円形のガス流路は、チャンバ内部のガス流の少なくとも一部がチャンバの上部からチャンバ壁の側部に向かって下へ流れるので、天井を貫通してガスノズルが延びているガス分配器から生じるガス流を模擬したものになる。また、ガス流路はチャンバ２５の上部から基板に向かって下向きであるため、エッチング液の残留物、また基板の周りやガスノズル１４０からはがれ落ちる微粒子による基板５０の汚染が少ない。結果的に基板５０の真上のガス相対圧力が高くなり、基板５０全体の処理速度の均一性が高まり、基板５０を処理するのに使用する処理ガスが低減する。その結果、ガス排気中に放出される処理ガスがより少なくなり、より環境に安全な処理が行われる。
【００２５】
ここで説明した装置２０は、化学的蒸気膜形成等の基板５０上に材料を堆積したり、基板からの材料をエッチングしたり、あるいはチャンバ２５内の壁や部材に堆積した汚染堆積物をきれいにするのに用いることもできる。基板２５上に皮膜を堆積する一般的な化学的蒸気膜形成処理は、Sze監修「VLSI Technology第２版」第９章、McGraw-Hill Publishing Co., New Yorkに全体的に説明されており、参考文献として本明細書に組み込まれている。例えば、ＳｉＯ2は、（ｉ）ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ2Ｈ2などのシリコン系ガスと、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏなどの酸素系ガス、あるいは（ｉｉ）Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4などのシリコンと酸素の両方を含む単独のガスで構成される処理ガスによって堆積される。他の従来のＣＶＤ処理ガスには、ＮＨ3、Ｎ2、ＡｓＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＫＣｌ、ＰＨ3、ＷＦ6及びＳｉＨ4などがある。装置２０は、その他のエッチング処理にも使用することができ、これはS.M.Sze監修「VLSI Technology第２版」第５章、McGraw-Hill Publishing Co., New York（１９８８年）に全体的に説明されており、参考文献として本明細書に組み込まれている。一般的な処理やエッチング金属層は、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＦＣｌ3、ＣＦ2Ｃｌ2、ＣＦ3Ｃｌ、ＣＨＦ3、Ｃ2ＣｌＦ5などの処理ガスを使用する。レジストエッチング処理は、一般的に酸素ガスを使用して基板５０上にポリメリックレジストをエッチングする。
【００２６】
また、本明細書で説明するすべての実施形態において、処理ガスは、約２０から８０体積％、より好ましくは４０から７０体積％の体積百分率比で反応ガスに加えられる中性又は無反応キャリヤーガスを含む。キャリヤーガスはさらに基板５０を処理するのに使用される処理ガスの体積を減少させ、またさらに排出物中の有害又は有毒なガスの排出を低減する。キャリヤーガスは基板平面を通過した活発なガス種を搬送する役目を果たし、基板５０に反応するキャリヤーガス量を最大にする。キャリヤーガスは、反応ガス種をチャンバ２５の全体にわたって基板５０の処理表面を均一に通過させて効率よく搬送することにより、特にガス分配器９０と共に作用して効率よく作動する。
【００２７】
本発明の処理チャンバ２５は、処理の均一性を大幅に改良するものである。従来技術で一般的に考えられているような理論上の散布ガス流が低いチャンバ圧力で作動するすべてのチャンバに発生しないのでこのような結果が得られると考えられている。ある領域において処理ガスはチャンバ中に散布し、別の領域では処理の間に処理ガスの安定状態の流れパターンが発生することが分かっている。安定状態の流れパターンは、ガス種の散布と基板平面の処理の均一性とに影響する。本発明のガス流分配器９０は、安定状態のガス流をもたらし、その結果チャンバ２５内のガス種がより均一に散布し、処理の均一性が向上する。ガス流はガスよどみ部分を減らし、チャンバ壁と基板５０上に処理残留物が余分に堆積するのを防ぐ。基板５０平面を横切るガス流はまた、処理ガスをより効率良く利用し、これにより排出ガス中の有害ガス又は有毒ガスが減少する。
【００２８】
本発明の別の態様において、チャンバ２５への処理ガスの流れは、チャンバ２５への処理ガスのパルス化されたバースト（噴射）をもたらすよう調整される。この態様において、基板５０の処理の間に、処理ガスのガスノズル１４０への流れが始まりその後停止されて、チャンバ２５へ短いパルス化バーストがもたらされる。ガス流制御装置１００は、単一のガスノズル１４０又はガスノズル群１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄを通過する処理ガスの流れを所定の時間調整し、その後ガスノズルを通過する処理ガスの流れを止める。その後ガス流制御装置１００は、他のガスノズル（又はガスノズル群）を通過する処理ガスの流れを所定の時間調整し、その後ガスノズルを通過する処理ガスの流れを止める。ガスノズル１４０を通過するガスの流れを開始して停止することを基板５０の処理の間に少なくとも1度、より好ましくは複数回繰り返す。例えばガス流制御装置１００は、１つのガスノズルのガス流バルブ１５０を作動させて、約１秒から約５０秒チャンバ２５へガスを流し、フローバルブを１秒から５０秒遮断し、そして再び約1秒から約５０秒作動させることを繰り返す。好ましくは、チャンバへの処理ガスのパルス化バーストは、基板５０の周縁に配置された独立した又は一連のガスノズル１４０を通して供給され、ガスノズルの適切な数は、チャンバ２５内で等間隔に配置される２個から８個、より好ましくは４個から６個である。
【００２９】
チャンバ２５の周囲に配置される種々のガスノズル１４０へのガス流を、連続して又は重複して開始させたり停止したりすることにより、チャンバ２５内の処理ガス種の散布と流れパターンとは所定の方法で制御される。さらに、チャンバ内のガスの散布の制御は、各ガスノズル１４０を通して噴射される処理ガスの流量と、処理ガスが特定のガスノズル１４０を通過する時間と、チャンバ内のガスノズルの位置に関連して一連のガスノズル１４０を通過する処理ガス流れのタイミングシーケンスとを変化させることにより可能である。一連のガスノズル１４０を通過する処理ガス流れの各々の順序は、処理サイクルを形成し、単一の基板５０を処理する間、処理サイクルは複数回繰り返される。一般的に、各処理サイクルにおいて、約１秒から約１０秒間、より好ましくは約１秒から約５秒間ガスノズルを通して処理ガスが噴射される。サイクル数は所望の処理時間の合計に基づく。例えば、処理ガスが各ガスノズルに２秒だけ導入される場合、完了するための基板処理時間は計４０秒で、合計約５サイクル繰り返され、各サイクルで約８秒間処理ガスがチャンバ２５に噴射される。
【００３０】
図３ａから３ｃはチャンバ２５内の一連のガスノズル１４０を作動させる、異なる処理ガス流のタイミングシーケンスを例示的に示すものである。これらの図はタイミングシーケンス、つまりチャンバ２５の側壁に沿って周囲に配置された、４つののガスノズル１４０の１つに処理ガスを供給する各々のバルブ１５０の開閉時間をグラフで示すものである。特定のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０は所定の時間、例えば１０秒間開放されて処理ガス源をチャンバ２５に供給し、その後ガス流バルブは遮断され、他のガス流バルブが作動されてチャンバ内に他の処理ガス源を供給する。図３ａのガス流の時間サイクルは、処理ガスをまず第１ガスノズル１４０を通して導入し、その後連続して第２、第３、第４ガスノズルのそれぞれを通して流入してサイクルを終了する４段階で構成される第１サイクルを有する。ガス流バルブ１５０の作動タイミングシーケンスにより、チャンバ２５へのガス流が、処理チャンバの周囲に沿ってチャンバ２５の中央縦軸の回りを回転するように見える。隣接するガスノズル１４０は作動したり停止したりして、外見上時計回り又は反時計回りに移動する回転するガス源が得られる。又は、処理ガスの流れは、チャンバ２５の周囲で１つのガスノズルから他のガスノズルへと、ガスノズルの順序を変えたり、ガスノズルの順序を重複させてパルス化することもできる。例えば、一般的に順序を重複させるものでは、処理ガスがチャンバ２５に流れるようにガスノズル１を開放し、ガスノズル１が閉まる前に、隣接するガスノズル２を開放し、所定の重複時間ガスノズル２を開放した後でガスノズル１を遮断する。その後、ガスノズル２がまだ開放している間にガスノズル３を開放して、その後ガスノズル２を遮断する等、チャンバ２５の周囲のまわりにパルス化ガス源のタイミングシーケンスを回転させたり重複させたりする。
【００３１】
他の好ましい実施形態において、図３ｂに示すように、ガス流制御装置１００は、処理チャンバ２５内の１箇所で互いに向かい合う一対の対向ガスノズル１４０と、処理チャンバガス２５の他の位置で互いに向かい合う別の一対の対向ガスノズル１４０との間で、第１及び第２処理ガス流の流れを交互に切り替える。この例では、ガス流はまず、互いに向かい合う第１の対の第１及び第２ガスノズル１４０ａ、ｂを通して供給される。第１の対のガスノズル１４０ａ、ｂを通過するガスの流れを止める前後に、第２の対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通過するガス流を開始させ、チャンバ２５内の他の位置に設けた他の対のガス噴射ノズル１４０ｃ、ｄからチャンバ２５に処理ガスを流入する。好ましくは、ガス分配器９０は、チャンバ２５の周囲に沿って９０度間隔を空けて設けた少なくとも２対のノズルで構成して、それぞれの対のノズルを対向させて互いに向かい合うようにする。第１及び第２ガス流が、向かい合う一対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して噴射されるように、一対の向かい合うノズルのそれぞれのガスノズル１４０ａ、ｂを同時に作動し、その後停止させる。その後、第２の対の向かい合うガスノズルの各ガスノズル１４０ｃ、ｄを作動し、その後停止させる。つまり、２対のガスノズル１４０ａ、ｂと１４０ｃ、ｄを連続して作動させて、チャンバ２５を横切って互いに直交する２本の線上に設けた処理ガス源から処理ガスのパルス化バーストを供給する。例えば、図３ｂに示すように、約０＜Ｔ＜１０秒の第１時間Ｔの間に、ガスノズル１と３が同時に開放し、約１０＜Ｔ＜２０秒の第２時間Ｔの間に、ガスノズル２と４が同時に開放する。もしくは、図３ｃに示すように、９０度間隔を空けて設けられた２つの隣接するガスノズル１４０を同時に開放して、互いに向かい合う対のガスノズルを通じてではなく、隣接する対のガスノズルを通じて処理ガスを供給することもできる。その他の互いに向かい合う又は隣接するガスノズルをどのように組み合わせて作動させても本発明の範囲内であり、当業者には明らである。
【００３２】
処理ガスを種々のガスノズル１４０に通過させるタイミングシーケンスを調節して、チャンバ内のガス流路又は流れパターンを制御できる。チャンバ２５の回りに配置された一連のガスノズル１４０を作動させたり停止させたりすることは、チャンバ２５へのガスの進入位置を、チャンバ２５の周囲に沿った別の位置に効果的に変える。例えば、ガス流は、チャンバ２５内の１箇所に設けた１つ又はそれ以上のノズル１４０を通して噴射され、その後ガス流は、チャンバ２５内の異なる位置に設けた他のガスノズル１４０を通して噴射される。互いに向かい合う対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して噴射されるガス流は、互いに衝突し、合体して上向きのガス流を形成し、ドーム型天井４０に当たると基板５０の周縁に向かって方向づけられる。チャンバ２５の中心に沿って、また処理チャンバ２５の側壁に沿って垂直上向きに移動するガス流は、特にチャンバ２５の周囲に沿ってガス流が異なる位置の回りを回転する場合、エッチング処理の均一性を大幅に向上させることが分かっている。
【００３３】
基板５０の平面により均一なエッチング速度をもたらすので、ガスのパルス化流は、基板５０をエッチングするエッチングガスをエッチングチャンバ２５に導入するのに特に適している。特に、回転するガス入口源が、エッチング処理の均一性を大幅に向上させることが分かっている。例えば、基板５０の周りの４つのガスノズル１４０で行われるエッチング処理のためのガス流パルスの好ましいシーケンスは、次のようなステップを含む。（ｉ）ガスノズル１を２秒間作動し、停止する。（ｉｉ）ガスノズル２を２秒間作動し、停止する。（ｉｉｉ）ガスノズル３を２秒間作動し、停止する。（ｉｖ）ガスノズル４を２秒間作動し、停止する。（ｖ）これらのステップを基板が処理されるまで１回又はそれ以上の回数随意に繰り返す。他のガス流のシーケンスは、処理の種類とガスノズルの数によって、０．１秒から２．５秒のパルス化ガスバーストを利用できる。
【００３４】
前述の実施形態において、コンピュータ制御システム１４５が、処理チャンバ２５とガスノズル１４０を操作することが好ましい。コンピュータ制御システムは、周辺制御機器でメモリーシステムに相互接続された１つ又はそれ以上の中央演算ユニット（ＣＰＵ）、例えばカリフォルニア州サンタクララのインテル社から市販されているPentium（登録商標）マイクロプロセッサを含むコンピュータを制御するコンピュータプログラムコードプロダクトを有する。コンピュータ制御システム１４５のＣＰＵは、チャンバ２５の特定の構成要素、例えばガスノズル１４０を操作するＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含むこともできる。オペレータとコンピュータシステム１４５間のインターフェイスは、一般的にビデオモニター１５５とライトペン１６０である。特定のスクリーンや機能を選択するために、オペレータはＣＲＴモニター１５５に表示された画面の指定された部分をライトペン１６０で触れて、ペンのボタンを押す。触れられた部分の色が変わるか、あるいは新しいメニューやスクリーンが表示されて、ライトペン１６０とＣＲＴモニター１５５間の通信が確認される。その他の装置、例えばキーボード、マウス、ポインティング通信装置も、ユーザーがコンピュータ制御システム１４５と通信することができるよう用いることができる。
【００３５】
コンピュータ制御システムのＣＰＵや他の装置を操作するコンピュータプログラムコードは、例えばアセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカルなど、従来のコンピュータで読み取り可能なプログラム言語で書き込みすることができる。適当なプログラムコードは、従来のテキストエディターを利用して単独のファイル又は複数のファイルに入力され、コンピュータ制御システム１４５のメモリーシステムなど、コンピュータに利用可能な媒体に保存又は組み込まれる。入力されたコードテキストが高次元の言語であれば、コードは、プリコンパイルされたウインドウズライブラリ手順のオブジェクトコードにリンクされたコンパイラーコードにコンパイルされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザーは、オブジェクトコードを呼び出して、コンピュータにメモリーシステムのコードをロードさせてコンピュータプログラムコードで認識されたタスクを実行する。
【００３６】
コンピュータプログラムコードは、タイミング、処理ガス成分、チャンバ圧力、基板温度、ＲＦ電力レベル及び他の処理チャンバ２５内で実行される処理方法（レシピ）のパラメータを操作する一組又はそれ以上のコンピュータ命令を含む。コンピュータプログラムコードは、ガスノズル作動／停止操作、ガスノズルのタイミングシーケンス制御、ガスノズル１４０を通る処理ガスの流量を制御するガス流制御装置１００の作動制御を含む、ガス流分配器システム９０を操作するコンピュータ命令コードを有する。
【００３７】
コンピュータプログラムコードの好ましい例は、図４に示すように、複数のプログラムコード、例えばオペレータが処理方法を入力したり選択したりでき、また選択された処理チャンバ２５内で処理方法の操作を実行するプログラムコード１７５、処理チャンバ２５内のチャンバ構成要素の優先順位を操作し管理するチャンバ管理プログラムコード１８０、ガスノズル１４０を操作するガス流制御装置プログラムコード１８５を備えている。一連のタスクを実行する別々のプログラムコードとして例示したが、これらのプログラムコードが統合化できること、あるいは１つのプログラムコードのタスクを他のプログラムコードのタスクと統合して所望の一連のタスクを得ることができることを理解されたい。つまり、ここで説明したコンピュータ制御システム１４５とコンピュータプログラムコードは、ここに説明するプログラムコードの特定の実施形態に限定されるものではなく、また等価の機能セットを果たす別のプログラムコードセット（集合）やコンピュータ命令セットは本発明の範囲にある。
【００３８】
操作において、ライトペン１６０とＣＲＴモニター１５５によりユーザーは処理セットと処理チャンバ数を処理選択プログラムコード１７５に入力する。処理セットは、チャンバ２５内で特定の処理方法を実行するのに必要な処理パラメータからなり、処理セットは予め定義されたセット番号により認識される。処理選択プログラムコード１７５は、所望の処理チャンバ２５と処理パラメータのセットを認識して、特定の処理を実行する処理チャンバを制御する。処理パラメータは、例えばチャンバ温度や圧力などの処理条件で、ガス励起装置のパラメータは、マイクロ波又はＲＦバイアス電力レベル、磁界力レベル、冷却ガス圧力、チャンバ壁温度を含む。処理条件はまた、ガス成分、流量、ガスノズル１４０のフローバルブ１５０のタイミングを設定するガスバルブタイミングシーケンスを含む。タイミングシーケンスは、オペレータが入力したタイミングインターバルを一覧表にしたタイミング命令の表に保存されるか、あるいは所定の操作の順序でフローバルブ１５０の作動(ターンオン)と停止（ターンオフ）のタイミングのアルゴリズムを含む。
【００３９】
処理選択プログラムコード１７５によって決定された処理セットに基づいて、特定の処理セットパラメータを、複数の処理タスクを異なる処理チャンバで制御するチャンバ管理プログラムコード１８０に与えることによって、処理選択プログラムコード１７５は、処理セットを実行する。例えば、チャンバ管理プログラムコード１８０は、基板をエッチングしたり、チャンバ２５内で基板に材料を堆積したりするプログラムコードを有する。チャンバ管理プログラムコード１８０は、チャンバ構成要素の作動を制御するコード命令セットを通して、様々なチャンバ構成要素の実行を制御する。チャンバ構成要素コード命令セットの例としては、支持装置３０ａの上の基板を取り込み取り除くロボット構成要素を制御する、基板位置決め命令セットと、チャンバ２５に供給する処理ガスの成分と流量とを制御する処理ガス制御命令セット１９５と、スロットルバルブ８０の開度を制御する圧力制御命令セット２００と、ガス励起装置７２の電力レベルを制御するガス励起装置制御命令セット２０５を挙げることができる。さらに、ガス流制御装置プログラムコード１８５は、ガス分配器９０を操作して、処理チャンバへの処理ガスの流れを制御する。操作において、チャンバ管理プログラムコード１８０は、実行されている特定の処理セットにしたがって、選択的にチャンバ構成要素命令セットを呼び出し、チャンバ構成要素命令セットの一覧表を作り、様々なチャンバ構成要素の作動を監視し、実行される処理セットの処理パラメータに基づいて、どの構成要素が操作されるべきかを決定し、監視と決定ステップに反応してチャンバ構成要素命令セットの実行を行う。
【００４０】
ガス流制御装置プログラムコード１８５は、ガスノズル１４０へのガス導管内で各フローバルブ１５０を制御するフローバルブ命令セット２１０と、フローバルブ１５０を開閉する順序のタイミングを合わせるタイミングシーケンス命令セット２１５を含む。一連のタスクを行う別々の命令セットとして説明したが、これらの命令セットはそれぞれ互いに統合化でき、あるいは一連のプログラムコードのタスクを他のタスクと統合して所望の一連のタスクを実行することができることを理解されたい。つまり、ここに説明するコンピュータシステム１４５とコンピュータプログラムコードは、ここに説明する機能ルーチンの特定の実施形態に限定されるものではなく、等価の機能セットを実行する他のルーチンセットや結合されたプログラムコードセットも同様に本発明の範囲内にある。
【００４１】
フローバルブ命令セット２１０は、単一のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０を作動させ（スイッチオン）てその中にガスを流すか、より好ましくは、互いに向かい合う一対のガスノズル１４０ａ、ｂを同時に作動させて、互いに向かい合うガスノズルの両方から同時にガスを流す。好ましくは、フローバルブ命令セット２１０は、特定のガスノズル１４０のガス流バルブ１５０を、チャンバ２５内の特定の基板５０を処理するのに必要な時間よりも短い時間作動させて、チャンバ２５内の処理ガスのパルス化バーストを流す。より好ましくは、前述のように、フローバルブ命令セット２１０は、一対の互いに向かい合うガスノズル１４０ａ、ｂのフローバルブを短時間同時に作動させて、チャンバ２５内の１箇所に配置された一対の互いに向かい合うガスノズルを通してガスの第１バーストを流し、その後、チャンバの別の位置に配置した別の一対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通してガスの第２バーストを流す。
【００４２】
タイミングシーケンス命令セット２１５は、オペレータが処理選択プログラムコードに入力したタイミングシーケンス命令とタイミングインターバルの一覧から、あるいは、各バルブの作動の望ましい所定の順番でフローバルブ１５０の作動（ターンオン）と停止（ターンオフ）の順序のタイミングをとるアルゴリズムからをフローバルブ１５０のタイミングを設定する。特定のガスノズル１４０に供給する各々のガス流バルブ１５０は、オペレータがプログラムする所定のタイミング順序の特定の番号により識別可能である。タイミングシーケンス命令セット２１５は、（ｉ）第１対のガスノズル１４０ａ、ｂを通して処理ガスを所定の時間流し、その後、第１対のガスノズルによる処理ガスの流れを停止し、（ｉｉ）第２対のガスノズル１４０ｃ、ｄを通してガスを所定の時間流し、その後、第２対のガスノズルによる処理ガスの流れを停止するようなコードを含む。タイミングシーケンス命令セット２１５は、（ｉ）と（ｉｉ）のステップを少なくとも１度繰り返して、所望の所定シーケンスでガス流バルブ１５０の作動時間を調節する。
【００４３】
（実施例）
図５ａから７ｂで示す以下の実施例は、本発明の処理チャンバ２５とガス流分配器９０が、ガス種の均一な散布と、基板平面にわたる均一なガス流パターンをもたらすことを示すものである。これらの実施例において、チャンバ２５は、チャンバ２５の側壁３０に沿って互いに９０度、等間隔に配置された４つのガスノズル１４０を備えている。これらのテストにおいて、基板上に約１０，０００Åの厚さで堆積されたアルミニウムのブランケット層がエッチングされた。図５ａから図７ｂは、３つの別々のテスト結果を示し、基板５０の平面に対するガスノズル１４０の角度を、それぞれ４５度、６０度、７５度に保持した。エッチングガスはＣｌ2、ＢＣｌ3、Ｎ2を含み、チャンバ２５の圧力は−１０ｍTorr、チャンバ２５の温度を８０℃に維持した。エッチングガスをガスノズル１４０を通じて以下のシーケンスでパルス化した。（ｉ）互いに向かい合うガスノズル１と３を２秒間作動してその後停止し、（ｉｉ）互いに向かい合うガスノズル２と４を２秒間作動してその後停止する。その後、ステップ（ｉ）と（ｉｉ）を合計２０処理回数繰り返して、約４０秒の累積処理時間を得た。
【００４４】
図５ａは、傾斜角４５度でチャンバにガスを噴射するガスノズル１４０を有する処理チャンバ２５内で処理されるアルミニウムブランケット層の表面のエッチング量の等高線（エッチング勾配を表現する）を示す、基板平面の等高線地図である。各等高線は、エッチング後に残る残留アルミニウムの特定の厚さを表し、２８２３Åから３２７６Åの範囲である。エッチングされたアルミニウムの平均厚さは約３０９３Åであった。４５度の傾斜ガスノズル１４０を有するチャンバにおいて、基板５０にわたって標準偏差１σでエッチング速度変動が１０．８％は、従来技術に比べると基板のエッチング速度の均一性が大幅に向上したことを示す。図５ｂは、図５ａの等高線地図の３次元断面図で、Ｚ軸は基板５０平面のエッチング速度を表し、基板の周縁に沿って少し高いエッチング速度を示す。
【００４５】
図６ａの等高線地図は、チャンバ２５内のエッチング均一性がますます向上していることを示しており、ガスノズル１４０は、処理ガス流を基板５０の平面に対して傾斜角６０度で湾曲天井４０の方向に向いている。エッチング後に残る残留アルミニウムの範囲は３２４３Åから３８９９Åで、平均厚さは３５９０Åである。エッチング速度は基板５０にわたって標準偏差１σで変化し、エッチング速度の百分率変動は約４．８３１％であったが、水平あるいは垂直流路においてガスを流すガスノズルを有する従来のチャンバ設計では１σでエッチング均一性は２０％である。図６ｂは図６ａの３次元図であり、Ｚ軸は基板５０にわたるエッチング速度を示す。図６ｂの中央の凹みから、基板５０周縁で少し高いエッチング速度が得られているのが分かる。
【００４６】
図７ａの等高線地図は、チャンバ２５内のアルミニウム層ブランケット層のエッチングトポロジー面のエッチング勾配線を示し、ガスノズル１４０は７５度で傾斜されている。エッチング後に残る残留アルミニウム層の厚さは、３０５１Åから３６９９Åで、平均厚さ約３３８６Åであった。１σでエッチング均一性３．５７８％が得られたことが分かる。図７ｂは、図７ａの３次元図で、Ｚ軸は基板５０にわたるエッチング速度を示し、優れた均一性とエッチング速度を示している。
【００４７】
基板５０のアルミニウム層のエッチング処理から明らかなように、本発明のガス分配器９０とチャンバは非常に改良された処理をもたらす。この新規なガス流分配器は、方向付けられたガス流を提供し、その結果チャンバ２５内でガス種がより均一に散布し、これにより処理の均一性が大幅に向上した。さらに、基板５０とチャンバ壁を横切る処理ガス流は、ガスよどみ部分と、好ましくない種のガス相核形成と、側壁３０とチャンバ２５の構成要素上の余分なエッチング液残留物の堆積とを低減する。チャンバ内のガス流は、より効果的にチャンバ２５内の処理ガスを利用することも分かっており、そのため基板５０を処理するのに用いられるガスの量が低減し、排出物の好ましくないガスや有害及び有毒なガス種の濃度が低くなる。
【００４８】
本発明は好ましい例についてはかなり詳細に説明したが、他の例も可能である。例えば、ガスノズル１４０の位置を変えることは当業者には明らかである。例えば、ガスノズル１４０は、天井４０を貫通して延びてもよく、底壁から基板周縁に延びてもよい。また、基板５０とチャンバ２５との相対的大きさによりガスノズル１４０の数と位置を変えて、所望のチャンバ２５内のガス流パターンを得ることもできる。さらに、上部、下部、中央、天井４０、基部、床等の空間的な方向や構造も、本発明の範囲に影響を与えることなく同等又は反対の方向に変更できる。したがって、請求項は本明細書に含まれる好ましい例の説明に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
２０ 装置
２５ 処理チャンバ
３０ 側壁
３５ 底壁
４０ 天井
４５ 支持装置
５０ 基板
５５ 誘電部材
６０ 受容面
６５ 電極
７０ ガス貫通孔
７２ ガス励起装置
８０ 誘導アンテナ
８５ ＲＦ供給電源
９０ ガス分配器
９５ 処理ガス供給部
１００ ガス流制御装置
１０５ 質量流量制御装置
１１０ ガス供給管
１１５ 排気システム
１２０ 排気ポンプ
１２５ スロットルバルブ
１３０ 非対称ポンピングチャンネル
１３５ 金属ライナー
１４０ ガス噴射ノズル
１４５ コンピュータシステム
１５５ ビデオモニター
１６０ ライトペン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを基板平面に対して所定の傾斜角度で処理チャンバに噴射するガス分配器と、
（ｃ）ガス励起装置と、
（ｄ）排気装置と、
を備えており、前記支持装置上で保持された基板は、前記ガス分配器によって前記処理チャンバに噴射され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２】
前記ガス分配器は、前記基板平面に対して約３０度から約８０度の傾斜角で処理ガスを噴射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記ガス分配器は、前記基板上方の処理チャンバ表面に向かって前記処理ガスを噴射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記ガス分配器が複数のガスノズルを有することを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記ガスノズルが、２つの処理ガス流を生成し、互いに衝突させて前記処理チャンバ内で循環ガス流を形成するのに十分大きい傾斜角で処理ガスを噴射することを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項６】
さらに、一方のガスノズルと他方の１つのガスノズルとの間で前記処理ガスの流れを交互にするガス流制御装置を有することを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項７】
前記ガス分配器が、互いに向かい合う少なくとも１対のガスノズルを含むことを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項８】
処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）前記処理チャンバ内で前記基板を支持する段階と、
（ｂ）前記基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガス流を前記処理チャンバに噴射する段階と、
（ｃ）（ｂ）の段階の前又は後に、前記基板を処理するために前記処理ガス流を活性化する段階と、
（ｄ）前記処理チャンバからの前記処理ガス流を排出する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
２つの処理ガス流を、前記処理ガス流が互いに衝突して前記処理チャンバ内で循環するのに十分大きい傾斜角度で噴射することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
約３０度から約８０度の傾斜角度で前記処理ガス流を噴射する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
段階（ｂ）において、前記処理ガス流の進入位置が、前記処理チャンバの周囲に沿って異なる位置に移動することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
段階（ｂ）が、前記処理ガス流を１対の向かい合うガスノズルを通して噴射し、その後前記処理ガス流を他対の向かい合うガスノズルを通して噴射する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
段階（ｂ）が、さらに前記基板に対向する湾曲面を維持し、前記湾曲面は、前記処理ガス流を前記基板周縁に沿って下向きに方向づけるのに十分大きい曲率半径を有していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを前記処理チャンバに供給する複数のガスノズルと、処理ガスの流れをガスノズルの間で交互にするガス流制御装置とを有するガス分配器と、
（ｃ）ガス励起装置と、
（ｄ）排気装置と、
を備えており、前記支持装置上の前記基板は、前記処理チャンバ内でガス分配器によって供給され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項１５】
さらに、互いに向かい合う複数対のガスノズルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の処理チャンバ。
【請求項１６】
前記ガス流制御装置が、コンピュータ制御システムと、互いに向かい合う複数対のガスノズルを通して交互に前記処理ガスを流すよう前記ガスノズルを操作するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータで利用可能な媒体とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の処理チャンバ。
【請求項１７】
前記コンピュータプログラムコードが、前記ガスノズルのフローバルブを操作して、１対の互いに向かい合うガスノズルを介してガスの第１バーストを流し、その後他対の互いに向かい合うガスノズルを介してガスの第２バーストを流す命令コードセットを含むことを特徴とする請求項１６に記載の処理チャンバ。
【請求項１８】
前記ガス分配器が、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを前記処理チャンバに噴射するガスノズルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の処理チャンバ。
【請求項１９】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを前記処理チャンバに噴射するようになっている第１及び第２のガスノズルを有するガス分配器と、
（ｃ）コンピュータ制御システムと、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第１ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第２ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止するようガス分配器を操作するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータ利用可能媒体とを含む、ガス流制御装置と、
（ｄ）ガス励起装置と、
（ｅ）排気装置と、
を備え、前記支持装置上の前記基板は、前記処理チャンバ内に第１及び第２ガスノズルによって供給され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される前記処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２０】
前記第１ガスノズルが第１対向ガス出口を有し、前記第２ガスノズルが前記第１対向ガス出口に対して所定の角度で指向する第２対向ガス出口を有することを特徴とする請求項１９に記載の処理チャンバ。
【請求項２１】
前記第１及び第２ガスノズルが、前記基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを噴射するようになっている出口を有することを特徴とする請求項１９に記載の処理チャンバ。
【請求項２２】
処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）処理チャンバ内で基板を支持する段階と、
（ｂ）処理チャンバに、処理ガスの第１バーストを第１ガスノズルを通して噴射して処理ガスを活性化する段階と、
（ｃ）処理ガスを活性化し続けながら、処理チャンバに、処理ガスの第２バーストを第２ガスノズルを通して噴射する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
さらに、（ｂ）と（ｃ）の段階を少なくとも１度繰り返す段階を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
処理ガスの前記第１及び第２バーストが、基板平面に対して約３０度から約８０度の角度で傾斜して噴射されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、基板平面に対向する湾曲面を維持する段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
処理チャンバを操作して活性化された処理ガス中で基板を処理するコンピュータ読み取り可能プログラムプロダクトであって、ガス流制御装置を操作するガス流制御装置プログラムコードを含み、該プログラムコードは、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後、前記第１ガスノズルを通しての前記処理ガスの流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後、前記第２ガスノズルを通しての前記処理ガスの流れを停止するようガス流制御装置を操作するようになっている、コンピュータ読み取り可能プログラムプロダクト。
【請求項２７】
基板を処理する処理チャンバであって、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）前記支持装置の上方のドーム天井と、
（ｃ）ドーム天井に隣接して、ＲＦエネルギーを処理チャンバ内の処理ガスに結合する誘導アンテナと、
（ｄ）基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射する、互いに向かい合うガスノズルを含むガス分配器と、
（ｅ）処理ガスを処理チャンバから排出する排気装置と、
を備えることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２８】
前記ガスノズルが前記処理ガスを約３０度から約８０度の傾斜角度で噴射されることを特徴とする請求項２７に記載の処理チャンバ。
【請求項２９】
前記ドーム天井が、前記処理ガスの入射流を下向きかつ基板に向けて方向づけるのに十分大きい曲率半径を有することを特徴とする請求項２８に記載の処理チャンバ。
【請求項３０】
さらに、前記処理ガスの流れを、前記処理チャンバ内の異なる位置で、異なる対のガスノズルの間で交互にするガス流制御装置を含むことを特徴とする請求項２７に記載の処理チャンバ。
【請求項１】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを基板平面に対して所定の傾斜角度で処理チャンバに噴射するガス分配器と、
（ｃ）ガス励起装置と、
（ｄ）排気装置と、
を備えており、前記支持装置上で保持された基板は、前記ガス分配器によって前記処理チャンバに噴射され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２】
前記ガス分配器は、前記基板平面に対して約３０度から約８０度の傾斜角で処理ガスを噴射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記ガス分配器は、前記基板上方の処理チャンバ表面に向かって前記処理ガスを噴射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記ガス分配器が複数のガスノズルを有することを特徴とする請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記ガスノズルが、２つの処理ガス流を生成し、互いに衝突させて前記処理チャンバ内で循環ガス流を形成するのに十分大きい傾斜角で処理ガスを噴射することを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項６】
さらに、一方のガスノズルと他方の１つのガスノズルとの間で前記処理ガスの流れを交互にするガス流制御装置を有することを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項７】
前記ガス分配器が、互いに向かい合う少なくとも１対のガスノズルを含むことを特徴とする請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項８】
処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）前記処理チャンバ内で前記基板を支持する段階と、
（ｂ）前記基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガス流を前記処理チャンバに噴射する段階と、
（ｃ）（ｂ）の段階の前又は後に、前記基板を処理するために前記処理ガス流を活性化する段階と、
（ｄ）前記処理チャンバからの前記処理ガス流を排出する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
２つの処理ガス流を、前記処理ガス流が互いに衝突して前記処理チャンバ内で循環するのに十分大きい傾斜角度で噴射することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
約３０度から約８０度の傾斜角度で前記処理ガス流を噴射する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
段階（ｂ）において、前記処理ガス流の進入位置が、前記処理チャンバの周囲に沿って異なる位置に移動することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
段階（ｂ）が、前記処理ガス流を１対の向かい合うガスノズルを通して噴射し、その後前記処理ガス流を他対の向かい合うガスノズルを通して噴射する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
段階（ｂ）が、さらに前記基板に対向する湾曲面を維持し、前記湾曲面は、前記処理ガス流を前記基板周縁に沿って下向きに方向づけるのに十分大きい曲率半径を有していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを前記処理チャンバに供給する複数のガスノズルと、処理ガスの流れをガスノズルの間で交互にするガス流制御装置とを有するガス分配器と、
（ｃ）ガス励起装置と、
（ｄ）排気装置と、
を備えており、前記支持装置上の前記基板は、前記処理チャンバ内でガス分配器によって供給され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項１５】
さらに、互いに向かい合う複数対のガスノズルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の処理チャンバ。
【請求項１６】
前記ガス流制御装置が、コンピュータ制御システムと、互いに向かい合う複数対のガスノズルを通して交互に前記処理ガスを流すよう前記ガスノズルを操作するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータで利用可能な媒体とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の処理チャンバ。
【請求項１７】
前記コンピュータプログラムコードが、前記ガスノズルのフローバルブを操作して、１対の互いに向かい合うガスノズルを介してガスの第１バーストを流し、その後他対の互いに向かい合うガスノズルを介してガスの第２バーストを流す命令コードセットを含むことを特徴とする請求項１６に記載の処理チャンバ。
【請求項１８】
前記ガス分配器が、基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを前記処理チャンバに噴射するガスノズルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の処理チャンバ。
【請求項１９】
半導体基板を処理する処理チャンバであって、前記処理チャンバは、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）処理ガスを前記処理チャンバに噴射するようになっている第１及び第２のガスノズルを有するガス分配器と、
（ｃ）コンピュータ制御システムと、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第１ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後第２ガスノズルを通しての処理ガスの流れを停止するようガス分配器を操作するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータ利用可能媒体とを含む、ガス流制御装置と、
（ｄ）ガス励起装置と、
（ｅ）排気装置と、
を備え、前記支持装置上の前記基板は、前記処理チャンバ内に第１及び第２ガスノズルによって供給され、前記ガス励起装置によって活性化され、前記排気装置によって排出される前記処理ガスによって処理されることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２０】
前記第１ガスノズルが第１対向ガス出口を有し、前記第２ガスノズルが前記第１対向ガス出口に対して所定の角度で指向する第２対向ガス出口を有することを特徴とする請求項１９に記載の処理チャンバ。
【請求項２１】
前記第１及び第２ガスノズルが、前記基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを噴射するようになっている出口を有することを特徴とする請求項１９に記載の処理チャンバ。
【請求項２２】
処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）処理チャンバ内で基板を支持する段階と、
（ｂ）処理チャンバに、処理ガスの第１バーストを第１ガスノズルを通して噴射して処理ガスを活性化する段階と、
（ｃ）処理ガスを活性化し続けながら、処理チャンバに、処理ガスの第２バーストを第２ガスノズルを通して噴射する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
さらに、（ｂ）と（ｃ）の段階を少なくとも１度繰り返す段階を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
処理ガスの前記第１及び第２バーストが、基板平面に対して約３０度から約８０度の角度で傾斜して噴射されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、基板平面に対向する湾曲面を維持する段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
処理チャンバを操作して活性化された処理ガス中で基板を処理するコンピュータ読み取り可能プログラムプロダクトであって、ガス流制御装置を操作するガス流制御装置プログラムコードを含み、該プログラムコードは、（１）一定時間、第１ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後、前記第１ガスノズルを通しての前記処理ガスの流れを停止し、（２）別の一定時間、第２ガスノズルを通して処理ガスを流し、その後、前記第２ガスノズルを通しての前記処理ガスの流れを停止するようガス流制御装置を操作するようになっている、コンピュータ読み取り可能プログラムプロダクト。
【請求項２７】
基板を処理する処理チャンバであって、
（ａ）支持装置と、
（ｂ）前記支持装置の上方のドーム天井と、
（ｃ）ドーム天井に隣接して、ＲＦエネルギーを処理チャンバ内の処理ガスに結合する誘導アンテナと、
（ｄ）基板平面に対して所定の傾斜角度で処理ガスを処理チャンバに噴射する、互いに向かい合うガスノズルを含むガス分配器と、
（ｅ）処理ガスを処理チャンバから排出する排気装置と、
を備えることを特徴とする処理チャンバ。
【請求項２８】
前記ガスノズルが前記処理ガスを約３０度から約８０度の傾斜角度で噴射されることを特徴とする請求項２７に記載の処理チャンバ。
【請求項２９】
前記ドーム天井が、前記処理ガスの入射流を下向きかつ基板に向けて方向づけるのに十分大きい曲率半径を有することを特徴とする請求項２８に記載の処理チャンバ。
【請求項３０】
さらに、前記処理ガスの流れを、前記処理チャンバ内の異なる位置で、異なる対のガスノズルの間で交互にするガス流制御装置を含むことを特徴とする請求項２７に記載の処理チャンバ。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公開番号】特開２０１１−１８９３８（Ｐ２０１１−１８９３８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５４２２（Ｐ２０１０−２１５４２２）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２０００−５５１４１８（Ｐ２０００−５５１４１８）の分割
【原出願日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２０００−５５１４１８（Ｐ２０００−５５１４１８）の分割
【原出願日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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