JP3949232B2 - プラズマリアクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路ウエハ処理のためのプラズマリアクタに関し、特にこのようなリアクタで用いられるガス注入システムの改良システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路ウエハを処理するプラズマリアクタは、典型的には、真空チャンバと、チャンバ内でウエハを保持するペデスタルと、プラズマＲＦ電源と、ガスをチャンバに供給するためのガス注入システムとを有する。リアクタが誘導結合リアクタであれば、プラズマＲＦ電源に接続されるチャンバの周りにコイルアンテナを含めることができる。ウエハペデスタルをまた前記のあるいは別のＲＦ電源に接続させることができる。プラズマリアクタの別のタイプ（たとえば、反応性イオンエッチングリアクタなど）では、コイルアンテナはなく、プラズマＲＦ電源がウエハペデスタルにのみ接続されている。リアクタのガス注入システムは少なくとも一つのガス散布装置を備える。多数のガス散布装置が用いられる場合、それぞれは典型的には、チャンバ内のそれぞれ別の領域にガスを供給するためにリアクタの別の部分に配置される。利用される（一つあるいは複数の）ガス散布装置は処理を行う場合の特定の要件に左右される。たとえば、あるタイプのガス散布装置は、さまざまな処理工程中に（たとえばプラズマ強化化学蒸着など）、リアクタの側壁からチャンバ内に放射状にガスを注入するために用いられ、典型的には、ウエハの水平面近くにある。この放射ガス散布装置は単独で用いてもよいし、あるいは前述の天井タイプのような別のガス散布装置と組み合わせて用いてもよい。
【０００３】
一つの典型的な放射ガス散布装置１０を図１に示す。この装置１０はチャンバの電源領域１２のベースすなわち底面の周辺部に設けられている。装置１０はリング１４の内側表面の周りに規則的に配置されたガス注入ホール１６を持つガス散布リング１４を有する。処理ガスなどが単一の入り口１８から供給される。指定の作業には十分であるが、従来の放射ガス散布装置１０はチャンバのかなり多くの部分を物理的にガス散布リング構造１４専用にしなければならないという欠点がある。現在のプラズマリアクタ設計において、リアクタの多数のシステムをできるだけコンパクトなユニットに実装することが望まれている。よって、寸法が大きく、貫入したガス散布リング１４を組み込むために必要なスペースを割くことは問題である。また、リアクタ側壁２２とガス散布リング構造１４の間の境界面２０は典型的には、ガスが境界面から漏れないように密封されている。この作業を実行するために、境界面２０に関する表面領域までも密封する必要があるので、（図示しない）比較的大きな密封部材を用いなくてはならない。よく知られているように、多くの表面を密封することには困難がともない、漏れる危険がある。たとえば、密封部材、たとえば密封Ｏリングなど、が密封される表面に関する寸法公差はリークパスの形成を防ぐために比較的正確でなくてはならない。密封表面が大きくなればなるほど、領域全体に求められる公差を形成するのは困難になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
リアクタチャンバ側壁２２と比較的大きな従来のガス散布リング１４の間の境界面に関する別の問題は、境界面２０が壁面に作る不連続面である。この不連続面によって、チャンバ側壁２２に不可避で形成される堆積残留物の層にストレス点と裂け目が生じる。また、温度差が側壁２２とリング１４の間に生まれやすく、さらに多くの残留層にストレスによる裂け目を生じさせる。破断した残留物材料はリング１４と側壁２２で剥がれやすいため、処理を受けるウエハを汚染する危険がある。入り込む処理ガスによって起こる乱れが破断した残留物をチャンバ内に散乱させやすいガス注入ホール１６の近くでこの剥離現象は特に顕著である。
【０００５】
分散リング１４からの不均一なガスの流れはまた、そこにある放射ガス分散装置にも悪影響を及ぼす。ガス分散リング１４は典型的には、ある一地点から供給されるので、その入力部でのガス注入ホール１６からのガスの流れはリングの反対側よりもはるかに多くなる。このような不均一なフローパターンは、半導体ウエハへのエッチングや堆積を不均一なものとする。また、フィード口が一つだけなので、ガスが複数のガスからなる混合ガスである場合、リング１４に到着する前にあらかじめ混合しておかなければならない。チャンバ内で混合させたり、ガスの組成をチャンバのさまざまな部分で変えたりできるように異なるガスをリング１４のさまざまなホール１６に供給することはまったくできない。
【０００６】
よって、現在利用されているユニットほどスペースをとらず、密封表面積が小さいプラズマリアクタガス注入システムが望まれている。また、均一なガスの流れをチャンバに送ることができ、異なるガスを同時にチャンバに送り、チャンバ内で混合させたり、チャンバの場所ごとにガスの組成を変えることができるようなガス注入システムが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような要件を満たすガス注入システムを提供するものである。特に、本発明はチャンバ側壁に設けられ、部材の内側に対面するスロットアパーチャをそれぞれ持った複数のガス散布ノズルを有する放射ガス散布装置に関するものである。複数のガスフィードラインは、各ガス散布ノズルをガス供給部のそれぞれと接続させるために用いられる。ガス供給部はそれぞれ、それぞれのガスフィードラインを介してノズルに供給されるガスを含んでいる。個々のガス供給部は同一のガス種（単一あるいは複数のガス種）からなるガスを有していてもよいし、それぞれ異なるガス種からなるガスを有していてもよい。実際、すべての供給部がそれぞれ別の種類のガスを含んでいてもよい。それぞれの供給部でガスの組成を変えられることで、各ノズルは望まれるいかなるガスも送ることができる。あるいは、異なるガスをチャンバに送る必要がなければ、ノズルを単一のガス供給部に接続してもよい。
【０００８】
ガスはチャンバ内に均一に送られることが望ましいことが多い。このために、ガス散布ノズルはチャンバの周辺に互いに均等に配置されている。放射ガス散布装置の好ましい実施例においては、４つのガス散布ノズルが等間隔に配置されている。また、各ノズルからのガス流量が略同一になるように、均一なガスの散布が典型的に求められる。本発明におけるノズルはある範囲のガス流量を送ることができる。よって、均一なガス散布が求められているときはいつでも、すべてのノズルが同一のガス流量となるように構成されている。しかし、均一なガス散布が求められていない時は、それぞれのノズルが異なるガス流量となるように構成されている。たとえば、少なくとも一つのノズルの流量を異なるようにすれば、ガス供給部に関する不均一なポンプ条件を補うことになる。ガス流量を変える一つの方法としては、（別個のガス供給部が用いられている）ガス供給部のガス圧力を変化させるものがある。もう一つの方法としては、ノズル自体の構成を調整するというものがある。後者の方法については、好ましいノズル構造に関連してこの後で詳しく説明する。
【０００９】
好ましいガス散布ノズルは、環状の外側部材に囲まれる円筒形の内側部材を有し、環状チャンネルがその間に形成される。この環状チャンネルは、スロットアパーチャを有した環状ギャップを持つ、内側部材の第１の端部と外側部材の第１の端部まで延びている。ガスは、環状チャンネルを介して、スロットアパーチャに流れ、チャンバ内に流入する。本発明の一つの実施例において、各ノズルはまた、ボアを有するガスフィードブロックを含み、そこに外側部材と内側部材が設けられている。
【００１０】
外側部材には外部環状空隙があり、これがガスフィードブロックボアの側壁とともに、第１のマニホールドチャンバを形成する。加えて、外側部材に複数のホールがあり、それによってガスが第１のマニホールドチャンバから外側と内側部材の間の環状チャンネルにまで流れるような通路ができる。好ましくは、確実にガスが均一に環状チャンネルに流れるようにホールを外側部材の周辺に等間隔に配置するのがよい。これによって、今度は、スロットアパーチャからのガス流量が均一になる。また、各ノズルからの流量を好適なものとするために、ホールの数と直径を選択する。よって、これらのパラメータがノズルによって異なれば、上述のようにノズル間のガス流量を変化させることが可能になる。あるいは、ノズルすべてのホールの数と直径を同じにしてもよい。その場合、流れを制限する差し込みを必要なだけホールに設けて、各ノズルからの流量を好適なものにすることができる。外側部材と内側部材の間の環状チャンネルが、複数のホールが環状チャンネルに開口する場所に対応する第２のマニホールドチャンバを有するようにしてもよい。この第２のマニホールドチャンバは、スロットアパーチャに最接近する端部で狭くなっており、環状チャンネルの残りの部分はスロットアパーチャとほぼ同一の断面寸法を有する。ガスフィードブロックは、ブロックの外側に開いた第１の端部と、第１のマニホールドチャンバに開いた第２の端部とを有したガスフィードホールを含む。ガスフィードラインの一つは、ガスがガスフィードホールを通って第１のマニホールドチャンバに流れるように、（そしてそこから第２のマニホールドチャンバに、環状チャンネルを下がって、スロットアパーチャを出て、リアクタチャンバに流れるように）、ガスフィードホールの第１の端部に接続されている。
【００１１】
放射ガス散布装置は、ガスがノズルの異なる部分の間と、ノズルとチャンバ側壁の間とから漏れないように密封されているのが好ましい。したがって、密封Ｏリングなどさまざまな密封デバイスが用いられる。このような密封デバイスのひとつは、外側部材とガスフィードブロックボアの側壁の間のリアクタチャンバからあるいはチャンバにガスが通るのを防ぐ。また別のデバイスは、外側と内側部材との間および／または外側部材とガスフィードブロックボアの側壁との間の経路に沿ってノズルの外側に第１のマニホールドチャンバと環状チャンネルのガスが逃げる（あるいは、同じ経路でノズルの外側から内側に浸透する）のを防いでいる。さらに別の密封デバイスを用いて、リアクタチャンバからのあるいはリアクタの外側のガスが、各ノズルの外側とチャンバ側壁の間の境界面を通って流れるのを防ぐ。
【００１２】
ガス散布ノズルのそれぞれの外側、内側部材は、ノズルによって送られるガス、リアクタチャンバに存在する別のガスの侵入やあるいは部材上のプラズマ粒子の衝突に強い材料からなるのが好ましい。この侵入や衝突に強い材料はセラミック、石英ガラスか重合材料であるのが好ましい。
【００１３】
上述のガス散布ノズル構成のさまざまな別の実施例もまた可能である。たとえば、外側部材をガスフィードブロックのボアに設けてブロックをチャンバ側壁に取り付ける代わりに、ガスブロックに関するボアを直接側壁に形成するような本発明の別の実施例が可能である。よって、ガスフィードブロックは必要ではなくなる。ガスフィードブロックが用いられる別の実施例においては、ガスフィードブロックの前面はチャンバに露出している。この場合、ブロック面はプラズマの浸食効果を受けやすくなる。この危険を回避する一つの方法として、その面あるいはブロック全体を先に述べた浸食への耐性がある材料で形成するというものがある。あるいは、ガスフィードブロックをリアクタの側壁に埋め込んでもよい。後者の実施例では、外側と内側部材の一部だけが側壁を介してリアクタチャンバに突出する。ガスフィードブロックの面は露出されない。
【００１４】
ガス散布ノズルの上述の実施例の別の形態では延出した外側、内側部材が備えられている。この変形例では、リアクタチャンバに対面する外側、内側部材の端部がウエハペデスタルの側壁から内側方向に放射状に延出している。延出したノズル形体により、リアクタ内で処理を受けるウエハのできるだけ近くにガスを送ることができる。ウエハの近くにガスを送ることにより、ウエハ表面にわたってガスをより均一に散布させられるので、そのことはいくつかの処理工程では望ましいものである。また、この形体により、ガスの流れをチャンバの壁から離すことができるので、チャンバ側壁近くで、チャンバ壁上の堆積物を乱して、チャンバ内に散乱させ、処理対象のウエハを汚染しかねない乱れを取り除く。
【００１５】
本発明における放射ガス散布装置は従来の装置の多くの欠点を解消し、これらの従来例では見られない汎用性をもたらす。たとえば、本発明の比較的控えめなノズルアセンブリでは、従来の装置に特徴的なガス散布リングに比べると、チャンバ側壁内で必要なスペースははるかに少なくて済む。ノズルを用いることによりスペースが除かれ、リアクタ全体をより小型にすることができる。ノズルとリアクタ側壁の境界面も、従来のガス散布リングに関する大きな境界面に比べて、極めて小さいものとなる。これらのより小さな境界面は密封するのが容易になる。たとえば、リアクタの側壁に埋め込まれているガスフィードブロックを有する放射ガス散布装置の実施例では、ノズルの端部のみが壁を介してチャンバに延出している。リアクタ側壁とノズルアセンブリの間の境界面を密封するのに必要なのは小さいＯリングだけでよい。密封面は比較的小さいので、リークパスを抑えるのに必要な寸法公差は、従来の放射ガス散布装置のガス散布リングとリアクタ側壁との大きな境界面より容易に確保できる。
【００１６】
本発明のさまざまな実施例の好ましい構造は、プラズマによる浸食に耐性のある材料からなるので、従来のガス散布リング構造よりも非常に有利でもある。従来のリングがアルミニウムからなる場合、これが一般的であるが、エッチングガスやプラズマの浸食効果を受けやすいので、頻繁に取り替えなくてはならない。ステンレススチールも従来のリングを製造するのにしばしば用いられるが、これがプラズマにさらされると、望ましくない重金属汚染物を処理を施されるウエハ上に散乱させる。もちろん、この問題点も、従来のリングをセラミックやそのほか本発明の実施例に類似した浸食耐性材料で形成すれば回避することができる。しかし、比較的サイズの大きな従来のリングでは、このような材料で形成することは問題がある。たとえば、大きなセラミック構造物を製造することは非常に難しく、もろくなりやすい。直径が８インチ以上のウエハを処理することを意図した大きなリアクタチャンバでは、この問題は特に顕著となる。本発明におけるガス注入スリットノズルはこのような問題を回避する。
【００１７】
従来のガス散布リングに関する上述したガスの流れが不均一になる問題も、本発明によって回避される。ガスは単一の点にある従来例のガス散布リングに送られるので、この入力点近くのノズルの流れは離れたノズルよりも強くなる。しかし、本発明によれば、各ノズルはそれぞれがガス受け入力点を有する。したがって、各ノズルからのガス流量は、望めば、同一にすることができるので、チャンバ内に均一な流れのパターンを作ることになる。もちろん、均一なガスの流れのパターンを望まなければ、本発明の放射ガス散布装置は汎用性があるので、それぞれのノズルからの流量をユーザが望むようにすることができる。また、実施例の中には、それぞれのノズルから異なるガスあるいは異なる混合ガスを供給することができるものがある。従来の装置には、各ノズルごとに望ましい流量とガス組成を選択するという汎用性がない。
【００１８】
上述の効果のみならず、本発明の別の目的と効果は、添付の図面を参照しながらこのあとの詳細な説明から明らかになろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明はプラズマリアクタのためのガス注入システムに関する。プラズマリアクタガス注入システムはチャンバ内にガスを散布するための一つ以上のガス散布装置を有する。たとえば、リアクタはガスをチャンバ内に散布させるためのリアクタの頂部にあるいはその近辺に天井ガス散布装置を配置することができる。このような装置は本願の先願（すなわち、米国特許出願番号０８／３０７，８８８、出願日１９９４年９月１６日）と係属中の米国特許出願番号０８／５５１，８８１、出願日１９９５年１０月１６日に開示されている。リアクタはまた放射ガス散布装置を、ガスをチャンバ内に放射状に散布するリアクタの側壁、あるいはその近辺に配置してもよい。本発明における放射ガス散布装置の好ましい実施例について次に開示する。
【００２０】
放射ガス散布装置の好ましい実施例は、少なくとも一つの円形スリットノズル１００（またはスロット穴付きノズルともいう）を用いている。図２（ａ）から図２（ｂ）はこれらのノズル１００の一つを示しており、しかもその好ましい外形を示している。図２（ａ）はノズル１００を形成する部品を示したノズル１００の拡大図であり、図２（ｂ）は組み立てられたノズル構造の断面図である。ノズル１００は外側部材１０２と、内側部材１０４と、ガスフィードブロック１０６と、カバー１０８と、２つの密封Ｏリング１１０と１１２とを有する。内側部材１０４は外側部材１０２の中央ボア１１４に挿入される。このように組み合わされたアセンブリは、密封Ｏリング１１２が取り付けられたあと、ガスフィードブロック１０６のボア１１６に挿入される。最後に、密封Ｏリング１１０はカバー１０８の裏面にある（図２（ｂ）に示されている）溝１２０に取り付けられ、カバー１０８はガスフィードブロック１０６上に取り付けられる。カバー１０８は任意のやり方で、たとえば（図示しない）ねじによって、固定することができる。
【００２１】
内側部材１０４は段差のある円筒形をしている。カバー１０８に対向する端部から始まり、内側部材１０４は長い円筒状の端部１２２を有し、この端部１２２は直径がこの端部より大きな、端部より短い円筒状中間部１２４に移行する。内側部材１０４はさらに大きな直径の円板状先端キャップ１２６で終わる。端部１２２と、中間部１２４と先端キャップ１２６はすべて同軸上にある。
【００２２】
外側部材１０２は両側が開放された段差付き中空円筒形状をなす。カバー１０８に対向する端部から始まり、外側部材１０２は長い円筒状スリーブ１２８を有し、このスリーブ１２８は同軸の円筒マニホールド部１３０に移行する。マニホールド部１３０の直径はスリーブ１２８よりも大きく、これにより（図２（ｂ）に示す）平坦な環状面１３２が移行点に形成される。マニホールド部１３０の外側は環状空隙１３４を有する。外側部材１０２の中央ボア１１４に延出するホール１３６がこの環状空隙１３４の底面の周囲に規則的に配置されている。中央ボア１１４は前述の移行点でスリーブ１２８の内径に対応する第１の直径を有する。そこから、中央ボア１１４は、ホール１３６がボア１１４の中に開口される場所の近くのより大きな直径方向に外側に先細りになっている。中央ボア１１４の残りの長さはこの大きな直径を有する。ただし端部ポケット１３８は、さらに大きな直径を有する。
【００２３】
内側部材１０４の円板状先端キャップ１２６と円筒状中央部１２４はそれぞれ、端部ポケット１３８と中央ボア１１４のある部位にはめ込まれる。内側部材の円筒状中央部１２４と中央部１２４が連結するボア１１４の当該部位の寸法は、無理にはめ込まれてはいないが、密着しているのが好ましい。このサイジングによって、外側と内側の部材１０２と１０４を容易に組み立てることができ、内側部材１０４の長い端部１２２を外側部材の中央ボア１１４の長軸と同軸状の中央部１２４から延出させることができる。この同軸位置合わせは、内側部材と外側部材の端部によって形成される（図２（ｂ）に示される）スロット付きアパーチャ１４０が均一の幅を確実に持つようにするために必要である。先端キャップ１２６と端部ポケット１３８は内側部材１０４が外側部材１０２のさらに縦方向に移動するのを防ぐように設計されている。したがって、先端キャップ１２６の直径がポケット１３８の裏に接合するのに十分な大きさである限り、密着はめ込みは求められない。さらに、先端キャップ１２６の厚さとポケット１３８の深さをほぼ等しくして、カバー１０８に近接するこれらの構造の端部が互いに面一になるようにするか、あるいは先端キャップ１２６をポケット１３８よりやや厚くしてもよい。後者の形状は、ノズル構成要素間がいかに小さな公差不一致であっても、密封Ｏリング１１０の力がカバー１０８にかかるのにかかわらず、カバー１０８が十分に先端キャップ１２６と接触し、内側部材１０４を外側部材１０２にしっかりと押し込むことが確実に保証されるので好ましい。内側部材１０４の中央部１２４は、ホール１３６が中央ボア１１４に開口する点まで外側部材１０２に延出する。このようにして、（あとで詳細に説明する）ホール１３６を介したガスの流れが妨げられない。内側部材１０４の長い端部１２２は中央部１２４から外側部材１０２のボア１１４の残りの部分まで延出する。長い端部１２２は外側部材１０２のスリーブ部１２８の端部と面一になるところまで延び、その点で前述のスロット付きアパーチャ１４０を形成する。スリーブ部１２８の内径と長い端部１２２の直径は、これによって形成されるアパーチャ１４０が約０．０１０から０．０３０インチまでの幅（理想的には約０．０２０インチ）を有し、外周から計測する直径が約０．３０から１．００インチまで（理想的には約０．４０インチ）となるような大きさであるのが好ましい（１インチ＝約２５．４ｍｍ）。
【００２４】
ガスフィードブロック１０６は段差中央ボア１１６を有する。このボア１１６の前方部の直径はスリーブ部１２８の外側の直径に略対応するものであるが、わずかにそれより大きくスリーブ部がブロック１０６に挿入しやすくなっている。無理なはめ込みではないものの、密着したはめ込みが好ましい。加えて、ボア１１６の前方部の長さは本発明のこの実施例におけるスリーブ部１２８と略同一である。よって、取り付けられるとき、スリーブ部１２８と内側部材１０４の長い端部１２２の端部はガスフィードブロック１０６の前部と略面一となる。ガスフィードブロックボア１１６はまた、前方部よりも直径の大きい後方部を有する。このより大きな直径は外側部材１０２のマニホールド部１３０の外径よりやや大きいものの、ほぼ対応する。ここで再び、外側部材１０２のマニホールド部１３０とガスフィードブロックボア１１６の後方部は、無理なはめ込みではないが密着したはめ込みであるのが好ましい。ガスフィードボア１１６と外側部材１０２とが無理なはめ込みではなく密着したはめ込みであるのが好ましいのは、このようにはめ込むことにより、組み立てあるいは分解を妨げることなく、適切にこれらの構成要素を位置合わせすることができるからである。ガスフィードボア１１６の前方部と後方部の移行部が内面１４２を形成する。この内面１４２は密封Ｏリング１１２が取り付けられる溝１１８を、図２（ｂ）に示すように有している。あるいは、図示されていないが、Ｏリング１１２が、Ｏリング１１２が部材の平坦な環状面１３２に接するまで外側部材１０２のスリーブ部１２８上を滑動するような内径を有するようにしてもよい。また、ガスフィードブロックボア１１６の内面１４２に一つも溝を形成しないこともありうる。むしろ、Ｏリング１１２は、変形して、環状面１３２と内面１４２との境界面を密封する圧縮Ｏリングであるのがよい。また、内面１４２は平坦な環状面１３２をストップさせ、それによって、外側部材１０２がブロック１０６にさらに挿入されるのを防ぐ。ガスフィードブロックの後部ボア部の長さは、外側部材１０２のマニホールド部１３０の長さにほぼ対応し、これにより、先端キャップ１２４と、マニホールド部１３０とガスフィードブロック１０６の後方で面する表面が互いに面一となる。また、ブロック１０６の底面を介してガスフィードホール１４４がある。このガスフィードホール１４４は（ブロック１０６に取り付けられるとき）マニホールド部１３０の環状空隙１３４の内部に開口する。
【００２５】
カバー１０８の内側と外側で面する側はガスフィードブロック１０６の後方面と全般的なサイズと形状が同じである。カバー１０８の内側で面する側はカバー１０８がガスフィードブロック１０６に固定される前に密封Ｏリング１１０が取り付けられる環状溝１２０を有する。カバー１０８は任意の手段（たとえばねじなど）によってガスフィードブロック１０６の後方面と固定される。いったん取り付けられると、カバー１０８はガスフィードブロックボア１１６内で内面１４２に対して上方に外側部材１０２を保持して、Ｏリング１１２に圧縮力を与える働きをする。また、カバー１０８は外側部材１０２内で内側部材１０４を保持し、ガスフィードブロック１０６に密封Ｏリング１１０を付勢する。
【００２６】
作動時、ガスは、ガスフィードブロック１０６のガスフィードホール１４４の外側端部に送られる。ガスはホール１４４を通って移動し、外側部材１０２の環状空隙１３４とガスフィードブロック１０６の内面によって形成されるマニホールドチャンバ１４６内に送られる。そののち、ガスはマニホールドチャンバ１４６の周囲を流れ、環状空隙１３４の底面のホール１３６を流れる。その結果、ガスはマニホールド部１３０の内面と内側部材１０４の長い端部１２２の内面によって形成される第２のマニホールドチャンバ１４８に入る。そこから、ガスは外側部材１０２のスリーブ部１２８の内面と長い端部１２２の外面との間の環状空間に流れる。最後に、ガスはノズル１００の前方端部に形成されたスロットアパーチャ１４０から出る。外側部材１０２とガスフィードブロック１０６との間のＯリング１１２により、ガスがスリーブ部１２８とガスフィードブロック１０６の内面との間の経路に沿って流れるのが防がれる。ガスフィードブロック１０６の裏面とカバー１０８との間のＯリング１１０は真空密封され、マニホールド部１３０の外部表面とガスフィードブロック１０６の隣接する内面との間にガスが流れないようにされている。密封Ｏリング１１０に求められる任務に鑑みれば、カバーを介してリークパスを形成するいかなるカバー取り付け手段（たとえばねじなど）は密封Ｏリング１１０の周辺外側に取り付けられるのが好ましい。このようにして、取り付け手段を介した考えうるいかなるリークパスも回避される。
【００２７】
図３は本発明における放射ガス散布装置を有したプラズマリアクタ２００を示している。この場合、４つの均等に配置されたスロットノズル１００は円筒状リアクタハウジングの側壁２０２に取り付けられている。ノズル１００は任意の手段によってリアクタハウジングに固定されていてもよいし、各ノズル１００と側壁２０２の境界面２０４はガスがその境界面２０４から漏れないように任意の公知の方法で密封してもよい。リアクタ２００はまた処理対象である半導体ウエハ２０８を支持するウエハペデスタル２０６を有する。リアクタハウジングに巻き付けられたＲＦコイルアンテナ２１０は整合ＲＦ電源２１２によって電力が投入される。ＲＦ電源２１４がまた、ウエハペデスタル２０６に接続している。しかし、別の電源構成を用いてもよい。たとえば、ＲＦアンテナコイルとＲＦ電源が電磁コイルに取り替えられて、電力がウエハペデスタル２０６にのみ入力されるような磁気強化反応イオンエッチング装置を用いてもよい。真空ポンプ２１６と（図示しない）スロットル弁がチャンバ内部ガス圧力を制御する。図３に示したリアクタは４つのノズル１００を有するが、本発明がこのような実施例に限定されることを意図しているのではない。むしろ、任意の数のノズル１００を、所望なように用いてもよい。また、図３のリアクタは天井ガス散布装置２１８を有するようにしてもよい。この構成要素は任意であることを示すために点線で示してある。
【００２８】
図３において、ガス供給部２２０はインレット管２２２を介してスロットノズル１００のそれぞれに接続されている。各ノズル１００は（図示しない）それぞれのガス供給部２２０を有しているか、任意の数のノズル１００がガス供給部を共有するようにしてもよい。しかし、それぞれのノズル１００がそれ自身でガス供給部２２０を有するという実施例には、いくつかの重要な利点、効果がある。このような構成によって、異なるガス、あるいは混合ガスを各ノズル１００から分散させることが可能となる。このような特徴の一つの可能な利用法としては、特定のガスをそれが必要なリアクタチャンバ２０５のある部分にフィード、ほかの場所には送らないというものがある。たとえば、エッチング種の濃度がチャンバ２０５のある領域であまりにも低いと判断されると、その領域に最も近いノズル１００に対してほかのノズルに供給されるよりも濃厚な混合ガスを供給することができる。異なるガス供給部を用いる別の利用法としては、ノズル１００から異なるガスを供給するというものがある。これらのガスはリアクタチャンバ２０５内で互いに反応するようになっている。単一フィードガス散布リング１４を用いた（図１に示したような）従来の放射ガス散布装置では上記の作業を遂行することができない。単一のガスフィード１８と単一のガス供給部２４が典型的に従来装置で用いられているので、チャンバ１２に供給されるガスはあらかじめ混ぜておかなくてはならない。したがって、異なるガスあるいは濃縮ガスをチャンバ１２に同時に供給することができない。
【００２９】
再び図２（ａ）と図２（ｂ）を参照すると、溝付ノズル１００の部分はノズル１００を介してリアクタチャンバに注入されるガスにあるプラズマやガス種の侵入を抑える材料で形成するのが好ましい。好ましい材料としては、セラミック、たとえばアルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、窒化シリコンなど、や多種のガラス−セラミック材料などが挙げられる。しかし、石英ガラス（あるいは任意の好適な石英ガラス）と、ポリイミドやポリエテルイミドなどの重合材料を用いることも可能である。特に、少なくとも外側と内側部材１０４、１０６はこのような抗浸食材料の一つから形成するのが好ましい。図３に示したノズル１００の実施例はまた、（図２（ａ）、２（ｂ）の）ガスフィードブロック１０６の前方面がチャンバ２０５の内部に露出している。したがって、この前方面（あるいはガスフィードブロック１０６全体）を、浸食性のある処理ガスと接触するほかのあらゆる面同様、抗浸食材料で形成するのが好ましい。
【００３０】
あるいは、ガスフィードブロック１０６をリアクタ側壁２０２’に埋め込んで、図４に示すように、内側、外側部材１０２’、１０４’の前方端のみを側壁２０２’を介してリアクタチャンバに突出させるようにしてもよい。これによって、プラズマから分離するので、ガスフィードブロック１０６はスパッタリングへの耐性を必ずしも有さない材料で製造することもできる。たとえば、ガスフィードブロック１０６はステンレススチールを材料とすることができる。この材料を用いることにより、セラミックなどと比較して比較的労力が軽減されるので、ブロックの製造が容易になる。また、ステンレススチールを用いるとさらに、ブロック１０６を通って流れる処理ガスの浸食効果への耐性をできるという利点がある。この設計はまた、ノズル１００’とリアクタ側壁２０２’の間の境界面の密封を簡単にする。図４に示すように、境界面を密封するのに必要なのは、比較的小形のＯリング２３０だけである。しかし、リアクタの内部に対面するノズル１００’の外側、内側部材１０２’、１０４’の端部はガスフィードブロック１０６の前方面を超えて延出して、側壁２０２’を介してリアクタの内部に突出するようにしなくてはならない。図示した実施例において、外側、内側部材１０２’、１０４’の端部はリアクタ側壁２０２’の内面と面一になっている。また、カバー１０８’は修正を加えられて、リアクタ側壁２０２’の外側に取り付けられている。これにより、ノズル１００’をリアクタの側壁２０２’に取り付け、固定するのを簡単にする。加えて、外側部材１０２’、内側部材１０４’の外側で対面する表面と、ガスフィードブロック１０６はリアクタ側壁２０２’の外側表面と略面一にされて、密封Ｏリング１１０が依然としてブロック１０６の表面と接触するようになっている。上述の利点、効果により、図４に示した本発明の実施例が最も好ましいと思われる。
【００３１】
本発明におけるノズル１００”の別の実施例では、ガスフィードブロックが除かれている。その代わりに、図５に示すように、リアクタ側壁２０２”それ自体が（図２（ａ）、２（ｂ）のガスフィードブロック１０６に関するボア１１６とガスフィードホール１４４と同じ寸法の）ボアとガスフィードホールを組み込むように変更されている。外側部材、内側部材１０２、１０４はそれからリアクタ側壁２０２”のボアに取り付けられる。この別の実施例では、カバー１０８をリアクタ側壁２０２”の外側に取り付けてもよい。ノズルアセンブリ１００”とリアクタ側壁２０２”の境界面は環状溝１１８’に設けられたＯリング１１２によって封止される。しかし、リアクタ側壁２０２”が陽極化アルミニウムなどからなる場合は、側壁の一部分２３２が処理ガスと直接接触し、ガスの浸食効果を受けやすいのでこの実施例は好ましくないことに注意されたい。
【００３２】
本発明のスロットノズルの前述のどの実施例においても、（一例として図４の実施例を用いた）図６に示すように、外側部材１０２”のスリーブ部１２８’と内側部材１０４”の長い円筒形端部１２２’を伸ばして、チャンバ２０５に延出するようにしてもよい。本発明の延長したノズルの実施例により、リアクタ内で処理される半導体ウエハに近づけてガスを散布することが可能になる。ウエハにできるだけ近づけて処理ガスを送ることは、ウエハ表面にガスをより均一に散布することができるので、いくつかの処理作業工程で望ましいものである。また、この構成は、チャンバ側壁近くでノズルからのガスの流れによって起こる乱れを実質的に取り除く。これは、乱れがチャンバ側壁を覆う堆積残留物を乱しやすくして、その材料の薄片をチャンバ内に分散させて、処理されるウエハを汚染する原因になりうるので、好ましい。
【００３３】
再び図２（ａ）、２（ｂ）を参照すると、ホール１３６を用いて、ガスを第２のマニホールドチャンバ１４８に均一に散布することを容易にする。好ましくは、これらのホール１３６が外側部材１０２の周辺に均等に配置されているのがよい。第１のマニホールドチャンバ１４６を用いて、ガスフィードブロックホール１４４からの噴射するおそれのあるガスの流れを穏やかにし、第１のチャンバ１４６全体に散布するようにする。同様に、第２のマニホールドチャンバ１４８を用いて、ホール１３６から放出される噴射する危険のあるガスの流れを穏やかにして、第２のチャンバ１４８全体にガスを散布するようにする。２つのマニホールドチャンバ１４６、１４８の相互作用の実効結果と、均等に配置されたホール１３６とにより、確実にノズル１００のスロットアパーチャ１４０から概して均一にガスが流れるようになる。
【００３４】
ホール１３６の数とその直径は、スロットアパーチャ１４０の寸法と関連して、（一定のガス供給圧力に対する）ノズル１００からのガス流量を実質的に決定する。よって、望ましい流量を確定する一つの方法は、ホール１３６の数を変えることである。通常、多くのホール１３６が用いられるほど、ガス流量は大きくなる。好ましいガス流量を確定するもう一つの方法は、ホール１３６の直径を変えることである。その場合、一般に直径が大きいほど、ガス流量が大きくなる。しかし、上述のように、外側部材１０２を抗浸食性のセラミック、石英ガラス、重合材料で形成することがまた好ましい。これらの材料に関連した機械的、製造上の制約がホール１３６の直径と、ホール１３６の数を制限する。特に、（多くの金属と比較すると）このような材料に比較的小さなホールを形成することは難しい。実際に形成できる最も小さいホールは、直径が約０．０３０から０．０５０インチである。しかし、ホールにはめ込まれた、（図示しない）流量が制約された差し込みを用いることによって、ガス流量を制約する任務を遂行するために機械的、製造上の制約に適応するようにより大きなホールも形成できる。前述の任務についての適した差し込みの設計を決定する構造と要因は、当業者には公知であり、本発明の新規な様態とはならない。したがって、ここではこれらの差し込みについての詳細な説明はしない。またホール１３６近辺の外側部材１０２の構造上一貫性も考慮する必要がある。部材１０２の製造が難しくなるとか不都合にこわれやすくなるようなホール１３６をあまり多くしてならない。前記の機械上、製造上の制約に関係なく、ホール１３６の数、直径を変えたり、および／または差し込みを用いることによって、ガス流量を現在望ましいものにすることができると考えられる。
【００３５】
実験を行ったこの実施例において、それぞれのノズルは約０．２０インチの直径の４つのホール１３６を有していた。外側部材１０２のスリーブ部１２８の内径と内側部材１０４の長い端部１２２の直径は、アパーチャが直径０．４０インチ、幅が０．０２インチとなるように選択された。差し込みは一つも取り付けられなかった。この構成によってノズル１００から均一なガスの流れのパターンと受け入れ可能なガス流量（すなわち約１５０から２００ｓｃｃｍ）とできることがわかった。
【００３６】
リアクタチャンバ内に均一なガスを散布するための好適なガス流量は各ノズル１００で通常同じであるが、そうでなくともよい場合がある。なかには、ノズル１００ごとに流量を変えるほうが効果的である場合もある。たとえば、図３に示す本発明の実施例では、ノズル１００がそれぞれ別のガス供給部２２０を有しており、装置はそれぞれのノズルからそれぞれ異なるガスを供給することができる。それぞれ好適な濃度のガスを確実にチャンバ２０５に供給できるように個々のノズルのガス流量を調整することも効果的である。流量をノズル１００ごとに変えるには、上記のようにホール１３６の数および／または直径を変えればよい。また、上述の差し込みをこの目的のために利用してもよい。各供給部２２０からのガスの圧力を変えて、好ましい流量にすることもできる。
【００３７】
本発明を好ましい実施例について詳しく説明してきたが、本発明の趣旨や範囲から逸脱することなく変更や、修正もできることを理解されると思われる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、スペースをとらず、密封表面積が小さいプラズマリアクタガス注入システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
本発明の特定の特徴、様態、効果は以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を参照すればよりよく理解されるであろう。図面において、
【図１】ガス散布リングを用いた典型的な放射ガス散布装置の従来例を示すプラズマリアクタの一部の断面図である。
【図２】（ａ）は、放射ガス散布装置で用いられるスリットノズルの第１の実施例の斜視拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）の組み立てられたスリットノズルを示す断面図である。
【図３】図２（ａ）又は（ｂ）に示されたタイプの４つのスリットノズルを組み込んだプラズマリアクタの一部を示す断面図である。
【図４】ノズルがプラズマリアクタの側壁に埋め込まれた放射ガス散布装置で用いられるスリットノズルの第２の実施例の断面図である。
【図５】先の実施例のガスフィードブロックが除かれている放射ガス散布装置に用いられるスリットノズルの第３の実施例を示す断面図である。
【図６】図４のスリットノズルの実施例の別の型を示す適例の断面図で、ノズルの外部および内部部材がリアクタチャンバに延びている。
【符号の説明】
１００…スリットノズル、１０６…ガスフィードブロック、１０８…カバー、１１０，１１２…Ｏリング、１２２…端部、１２８…スリーブ、１３０…マニホールド。

Claims (23)

1. プラズマリアクタであって、
   側壁を有するリアクタチャンバと、
   処理しようとするウエハを保持するペデスタルと、
   ガス注入システムであって、
   それぞれが少なくとも１つのプロセスガスを含む複数のガス供給部と、
   前記チャンバの前記側壁内に配置されるガス散布装置であって、前記チャンバの内部を向く環状のスロットアパーチャをそれぞれが有する複数のガス散布ノズルを備える、前記ガス散布装置と、
   前記複数のガス散布ノズルをそれぞれ、前記複数のガス供給部に接続するための、複数のガスフィードラインと、
   を備える該ガス注入システムと、
   を備え、
   前記ガス散布ノズルのそれぞれが、環状の外側部材に囲まれる円筒形の内側部材を有して、環状チャンネルが前記外側部材と前記内側部材の間に形成され、前記環状チャンネルは、前記内側部材の第１の端部と前記外側部材の第１の端部において前記スロットアパーチャを備える環状空間を有するように終端し、前記環状チャンネルは、ガスが前記スロットアパーチャに流れ、前記チャンバ内に流入することを可能にし、
   前記ガス散布ノズルのそれぞれが更に、ガスフィードブロックを備え、該ガスフィードブロックはその内部を通るボアを有し、該ボアの内部に前記外側部材が配置されており、
   前記外側部材が、前記ガスフィードブロックの側壁と協働して第１のマニホールドチャンバを形成する外部環状キャビティと、前記第１のガスマニホールドチャンバから、前記外側部材と前記内側部材の間の前記環状チャンネルへと、ガスを流れさせる通路を与える複数のホールと、を備える
   プラズマリアクタ。
2. 前記ガス散布ノズルが、相互に等しい間隔で前記チャンバの周囲に配置される請求項１に記載のプラズマリアクタ。
3. 前記外側部材の前記ホールが、前記外側部材の周縁の周りに沿って均等な間隔で配置される請求項１に記載のプラズマリアクタ。
4. 前記複数のガス散布ノズルのそれぞれの前記スロットアパーチャから所望の流量のガスを与えるように、前記外側部材の数と直径が選択される請求項１に記載のプラズマリアクタ。
5. 前記環状チャンネルが、第２のマニホールドチャンバを更に備え、
   前記第２のマニホールドチャンバは、前記複数のホールが前記環状チャンネルに開口する場所に応じて設けられており、且つ、前記環状空間と前記複数のホールとの間に設けられている、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
6. 前記第２のマニホールドチャンバが、前記環状空間に最接近する端部で狭くなっており、前記環状空間はスロットアパーチャと同一の断面寸法を有する請求項５に記載のプラズマリアクタ。
7. 前記ガスフィードブロックが更に、該ブロックの外側に開いた第１の端部と、前記第１のマニホールドチャンバに開いた第２の端部とを有したガスフィードホールを有し、
   前記複数のガスフィードラインの一つは、ガスが前記ガスフィードホールを通って前記第１のマニホールドチャンバに流れるように、前記ガスフィードホールの前記第１の端部に接続される請求項１に記載のプラズマリアクタ。
8. 前記外側部材の外部と前記ガスフィードブロックの前記ボアの側壁の間にガスの通路ができることを防止するためのシール手段を更に備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
9. 該プラズマリアクタの外部から該ノズルの中へのガスの通路ができることを防止するためのシール手段を更に備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
10. 該ノズルのそれぞれの外部と該チャンバ側壁の間のガスが該プラズマリアクタの外部へ通過する通路ができることを防止するためのシール手段を更に備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
11. 該外側部材が、該チャンバ側壁のボアの中に配置される請求項１に記載のプラズマリアクタ。
12. 前記ガス散布ノズルのそれぞれの前記ガスフィードブロックが該プラズマリアクタの側壁の中に埋め込まれ、該外側部材と該内側部材の一部だけが、該リアクタチャンバの側壁を突き抜けて突き出る請求項１に記載のプラズマリアクタ。
13. 該外側部材と該内側部材の一部が、該側壁から離れるように該チャンバの中へと放射方向に延びてペデスタルの方向へ延びる請求項１に記載のプラズマリアクタ。
14. 該ガス散布ノズルのそれぞれの該外側部材と該内側部材が、（ａ）セラミックと、（ｂ）石英ガラスと、（ｃ）ポリマー材料とのうちの１つを含む材料を備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
15. 前記複数のガス供給部のそれぞれが、別々のガス又は混合ガスを供給することができ、また、別々の圧力でガスを供給することができる請求項１に記載のプラズマリアクタ。
16. 前記ガス散布ノズルのそれぞれが、前記チャンバ内へ異なる流量のガスを供給することができる請求項１に記載のプラズマリアクタ。
17. 前記ガス散布ノズルのそれぞれの前記スロットアパーチャが、７．６２ｍｍ〜２５．４ｍｍの直径を有する請求項１に記載のプラズマリアクタ。
18. 前記ガス散布ノズルのそれぞれの前記スロットアパーチャが、２５４μｍ〜７６２μｍの幅を有する請求項１に記載のプラズマリアクタ。
19. 前記外側部材の前記ホールが４つ存在し、該ホールのそれぞれが、５．０８ｍｍの直径を有する請求項１に記載のプラズマリアクタ。
20. 前記ガス散布ノズルが４つ存在する請求項１に記載のプラズマリアクタ。
21. プラズマリアクタであって、
    側壁を有するリアクタチャンバと、
    処理しようとするウエハを保持するペデスタルと、
    ガス注入システムであって、
    少なくとも１つのプロセスガスを含むガス供給部と、
    前記チャンバ側壁内に配置されるガス散布装置であって、チャンバの内部を向くスロットアパーチャを有する複数のガス散布ノズルを備える、前記ガス散布装置と、
    前記ガス散布ノズルのそれぞれを前記ガス供給部に接続するための、複数のガスフィードラインと、
    を備える該ガス注入システムと、
    を備え、
    前記ガス散布ノズルのそれぞれが、環状の外側部材に囲まれる円筒形の内側部材を有して、環状チャンネルが前記外側部材と前記内側部材の間に形成され、前記環状チャンネルは、前記内側部材の第１の端部と前記外側部材の第１の端部においてスロットアパーチャを備える環状空間を有するように終端し、前記環状チャンネルは、ガスが前記スロットアパーチャに流れ、前記チャンバ内に流入することを可能にし、
    前記ガス散布ノズルのそれぞれが更に、ガスフィードブロックを備え、該ガスフィードブロックはその内部を通るボアを有し、該ボアの内部に前記外側部材が配置されており、
    前記外側部材が、前記ガスフィードブロックの側壁と協働して第１のマニホールドチャンバを形成する外部環状キャビティと、前記第１のガスマニホールドチャンバから、前記環状チャンネルへと、ガスを流れさせる通路を与える複数のホールと、を備える
    るプラズマリアクタ。
22. 該ガス散布ノズルのそれぞれの該外側部材と該内側部材が、（ａ）セラミックと、（ｂ）石英ガラスと、（ｃ）ポリマー材料とのうちの１つを含む材料を備える請求項２１に記載のプラズマリアクタ。
23. ガス散布ノズルが４つ存在する請求項２１に記載のプラズマリアクタ。

Images