(57)【要約】  プラズマ発生システムに供給される洗浄ガス混合物の流量を設定する流量制御器であって、前記プラズマ発生システムが、前記洗浄ガス混合物からプラズマを形成し、前記プラズマは、反応性洗浄元素種を含む前記流量制御器と、反応性洗浄元素種と処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物との反応により形成された反応生成物の濃度に関する情報を有するフィードバック信号を発生させる検出器と、前記フィードバック信号を制御信号に変換するプロセッサとして、前記制御信号は、前記流量制御器で洗浄ガス混合物の流量を連続的に調節するのに用いられる、前記プロセッサとを含む、処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去するフィードバックループ洗浄システム。また、処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去する方法。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去する方法であって、
洗浄ガス混合物からプラズマを形成するステップであって、前記プラズマが反応性洗浄元素種を含むステップと、
反応生成物を形成するために、前記反応性洗浄元素種を処理チャンバの内側表面上の堆積物の第１の部分と反応させるステップと、
前記反応生成物の濃度に関する情報を有するフィードバック信号を発生させるステップと、
前記フィードバック信号に基づき、洗浄ガス混合物の流量を調節し、前記反応性元素種と前記堆積物の第２の部分を反応させるステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記洗浄ガス混合物の流量を調節するステップが、流量を増加または減少させる、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項３】
前記反応生成物の濃度が、約１回／秒以上の速度で測定される、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項４】
前記反応生成物の濃度が、連続的に測定される、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項５】
前記フィードバック信号に基づく洗浄ガス混合物の流量を調節するステップが、約１回／秒以上に行われながら、前記堆積物が処理チャンバの内側表面から除去される、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項６】
前記フィードバック信号に基づく洗浄ガス混合物の流量を調節するステップが、連続的に行われながら、前記堆積物が処理チャンバの内側表面から除去される、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項７】
前記洗浄ガス混合物が、ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）を備える、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項８】
前記洗浄ガス混合物が、アルゴンを備える、請求項７に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項９】
前記堆積物を除去するのに用いられる前記ニトロゲントリフルオライドの総量が、約２０００ｓｃｃ以下である、請求項７に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１０】
前記堆積物が、プロセスチャンバから約５０秒以内に除去される、請求項９に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１１】
前記反応生成物が、シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）である、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１２】
前記フィードバック信号を発生させるステップが、処理チャンバからの流出物でのＳｉＦ４の濃度を測定し、その濃度測定に基づき、フィードバック信号の電圧レベルを調節する工程を備える、請求項１１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１３】
前記ＳｉＦ４の濃度が、非分散型赤外線分光器（ＮＤＩＲ）を用いて測定される、請求項１２に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１４】
前記洗浄ガス混合物の流量を連続的に調節するステップが、洗浄ガス混合物の流量を設定する流量制御器の流量を調節する工程を備える、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１５】
前記洗浄ガス混合物が、ニトロゲン（Ｎ２）を備える、請求項７に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１６】
前記プロセスチャンバ内の総ガス圧力が、約２トールである、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１７】
前記プロセスチャンバの内側表面が、前記反応性洗浄元素種と前記堆積物との反応の前に予熱される、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１８】
前記堆積物が、シリコン酸化物を備える、請求項１に記載の堆積物を除去する方法。
【請求項１９】
処理チャンバの内側表面上に形成されたシリコン酸化物堆積物を除去するフィードバックループ洗浄プロセスであって、
ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）およびアルゴンを備える洗浄ガス混合物からプラズマを形成するステップであって、前記プラズマが反応性フッ素イオンを含むステップと、
シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）を形成するために、前記フッ素イオンを前記シリコン酸化物堆積物の第１の部分と反応させるステップと、
処理チャンバからの流出物でのＳｉＦ４の濃度に関する情報を包含するＳｉＦ４検出信号を発生させるステップと、
前記ＳｉＦ４検出信号に基づき洗浄ガス混合物の流量を調節し、前記フッ素イオンと前記シリコン酸化物堆積物の第２の部分を反応させるステップと、
を備える、方法。
【請求項２０】
前記ＳｉＦ４の濃度が、連続的に測定される、請求項１９に記載のフィードバックループ洗浄プロセス。
【請求項２１】
前記堆積物を除去するのに用いられる前記ニトロゲントリフルオライドが、約２０００ｓｃｃ以下である、請求項１９に記載のフィードバックループ洗浄プロセス。
【請求項２２】
前記堆積物が、プロセスチャンバから約５０秒以内に除去される、請求項２１に記載のフィードバックループ洗浄プロセス。
【請求項２３】
処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去するフィードバックループ洗浄システムであって、
プラズマ発生システムに供給される洗浄ガス混合物の流量を設定する流量制御器であって、前記プラズマ発生システムが、前記洗浄ガス混合物からプラズマを形成し、前記プラズマは、反応性洗浄元素種を含む、前記流量制御器と、
反応性洗浄元素種と処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物との反応により形成された反応生成物の濃度に関する情報を有するフィードバック信号を発生させる検出器と、
前記フィードバック信号を制御信号に変換するプロセッサであって、前記制御信号は、前記流量制御器で洗浄ガス混合物の流量を連続的に調節するのに用いられるプロセッサと、
を備えるシステム。
【請求項２４】
前記システムが、処理チャンバに連結された排出チャネルを備え、それを通って反応生成物を含む流出物が上記チャネルを抜け出る、請求項２３に記載のフィードバックループ洗浄システム。
【請求項２５】
前記検出器が、前記排出チャネルに連結された非分散型赤外線分光（ＮＤＩＲ）検出器である、請求項２４に記載のフィードバックループ洗浄システム。
【請求項２６】
前記プラズマ発生システムが、処理チャンバの外部にあり、前記反応性洗浄元素種が、前記堆積物と反応するために、前記プラズマ発生システムから前記処理チャンバに流れる、請求項２３に記載のフィードバックループ洗浄システム。
【請求項２７】
前記洗浄ガス混合物が、ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）およびアルゴンを備える、請求項２３に記載のフィードバックループ洗浄システム。
【請求項２８】
前記反応生成物が、シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）である、請求項２３に記載のフィードバックループ洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
[0001]現在、半導体装置の製造における主要工程中の１つは、基板またはウエハ上にシリコン酸化物層のような層を形成することである。このような層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積される。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、基板表面に反応ガスを供給し、熱誘導された化学反応を起こし、所望の膜を形成する。従来のプラズマＣＶＤプロセスでは、反応物ガス中の反応元素種を分解および／またはエナジャイザーして所望の膜を生産するために、例えば、高周波（ＲＦ）エネルギーまたはマイクロウェーブエネルギーを用いて、制御されたプラズマが形成される。
【０００２】
[0002]また、このようなＣＶＤプロセス間、処理チャンバの壁のような領域上に、望ましくない堆積が起こるこ場合がある。チャンバ壁の内部上に蓄積する、この望ましくない堆積物は、典型的に、イン・シトゥーでチャンバ洗浄作業により除去される。従来のチャンバ洗浄技術は、その堆積された物質をチャンバ壁および他の領域から除去するが、フッ素のようなエッチャントガスの使用を含む。一部のプロセスでは、このエッチャントガスが、チャンバ内に導入され、そのエッチャントガスがその堆積された物質と反応してチャンバ壁から除去されるように、プラズマが形成される。通常、このような洗浄手順は、堆積工程の間、ウエハ毎にまたはｎ個のウエハ毎に行われる。
【０００３】
[0003]また、半導体メーカは、堆積された物質を除去するために、遠隔プラズマ洗浄プロセスを用いている。遠隔プラズマ洗浄手順では、マイクロウェーブプラズマシステム、トロイダルプラズマ発生器、または類似装置のような高密度プラズマソースにより、遠隔の基板処理チャンバからエッチャントプラズマが発生する。その後、エッチャントプラズマから解離された元素種が、基板処理チャンバに輸送され、それらは、蓄積された望ましくない堆積物と反応してエッチングして除去することができる。時々、遠隔プラズマ洗浄手順がイン・シトゥープラズマ洗浄においてよりも「より柔らかい」エッチングを提供し、また、イオン衝撃および／またはチャンバ部品に接触するプラズマにより引き起こされる物理的損傷が少ないこともあるので、遠隔プラズマ洗浄手順がメーカにより用いられる。
【０００４】
[0004]残念ながら、従来の、イン・シトゥーおよび遠隔プラズマ洗浄プロセスでは、洗浄の副産物を処分する費用もかかるので、用いられるガスが高価である。例えば、通常、洗浄ガスに用いられる、ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）は、洗浄プロセスに用いるのにはさらに高価となる。したがって、ＮＦ３のような洗浄物質をより効率よく用いることにより、プロセス間にさらに少ない物質が用いられる半導体製造洗浄プロセスが要請されつつある。
【発明の簡単な概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去する方法を含む。本方法は、洗浄ガス混合物からプラズマを形成するステップを含み、上記プラズマは反応性洗浄元素種を含む。この反応性洗浄元素種は、処理チャンバの内側表面上の堆積物の第１の部分と反応し、反応副産物を形成する。また、本方法は、反応生成物の濃度に関する情報を有するフィードバック信号を発生させるステップと、そのフィードバック信号に基づき、洗浄ガス混合物の流量を調節するステップと、また、その反応性洗浄元素種を堆積物の第２の部分と反応させるステップを含む。
【０００６】
[0006]また、本発明の実施形態は、処理チャンバの内側表面上に形成されたシリコン酸化物堆積物を除去するためのフィードバックループ洗浄プロセスを含む。このプロセスは、ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）およびアルゴンを含む洗浄ガス混合物からプラズマを形成することを含み、ここでプラズマは、反応性フッ素イオンを含む。この反応性フッ素イオンは、シリコン酸化物堆積物の第１の部分と反応し、シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）を形成する。また、このプロセスは、処理チャンバからの流出物中のＳｉＦ４の濃度に関する情報を包含するＳｉＦ４検出信号を発生させることと、そのＳｉＦ４検出信号に基づき、洗浄ガス混合物の流量を調節することと、また、そのフッ素イオンとシリコン酸化物堆積物の第２の部分を反応させることを含む。
【０００７】
[0007]また、本発明の実施形態は、処理チャンバの内側表面上に形成された堆積物を除去するためのフィードバックループ洗浄システムを含む。このシステムは、プラズマ発生システムに供給される洗浄ガス混合物の流量を設定するための流量調整器を含む。このプラズマ発生システムは、洗浄ガス混合物からプラズマを形成することもでき、ここで、プラズマは反応性洗浄元素種を含む。また、このシステムは、この反応性洗浄元素種と処理チャンバの外表面上に形成された堆積物との反応により形成された反応生成物の濃度に関する情報を有するフィードバック信号を発生させるための検出器を含む。また、このシステムは、そのフィードバック信号を制御信号に変換するプロセッサを含んでもよく、ここで、制御信号は、流量制御器で洗浄ガス混合物の流量を連続的に調節するのに用いられる。
【０００８】
[0008]付加的な実施形態および特徴が、一部は、以下の説明において開示され、一部は、本明細書の審査の際に当業者に知られ、または、本発明の実施により習得され得る。本発明の特徴と利点は、本発明において説明した手段、組合せ、および方法により実現および達成される。
【発明の詳細な説明】
【０００９】
[0014]従来の洗浄プロセスは、チャンバの表面上に蓄積された堆積物を、できるだけ早くエッチングして除去するために、ガス混合物を洗浄するために高い流量（例えば、３５００ｓｃｃｍｓ）を重要視する。これらのプロセスは、短期間（例えば、５０秒）に堆積物を除去することができるが、この速度は、使用されずにチャンバを通過する相当量の洗浄ガスの浪費の対価として得られる。洗浄ガスの獲得および廃棄処分する費用（例えば、ＮＦ３の費用）が増加することに対応して、反応チャンバから洗浄ガスを低い流量（例えば、１５００ｓｃｃｍｓ）で流す、代替方法が開発されている。このような低い流量は、より多くの洗浄ガスを反応させることにより、洗浄で用いられる総ガス量を減少させることができるが、また、チャンバを洗浄するのに要する時間を相当に延長させる。
【００１０】
[0015]洗浄プロセスを２つ以上の工程に分け、各工程において異なる洗浄ガスの流量が用いられる、さらなる方法が開発されている。例えば、この洗浄プロセスは、（未反応堆積物質の表面積が最大の場合）高い流量で洗浄ガス混合物を流す第１の工程と、引き続き、低い流量で洗浄ガス混合物を流す第２の工程とを含む。多段階洗浄プロセスの例が、１９９９年７月２日付で出願され、発明の名称が「ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＣＬＥＡＮＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＣＨＡＭＢＥＲＳ」であり、同一出願人による米国特許第６，２７４，０５８号、また、２００２年５月２１日付で出願され、発明の名称が「ＭＵＬＴＩＳＴＥＰ  ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＣＬＥＡＮ」であり、同一出願人による米国特許第１０／１５３，３１５号に開示されており、これら両方は、全目的のためにその全体を参照として本明細書に組み入れられる。
【００１１】
[0016]多段階洗浄プロセスは、多くの単一工程／単一流量の方法よりもさらに效率的であるが、依然として非效率的なこともある。多段階洗浄プロセスに対する１つの課題は、洗浄ガス流量を変更する時間と大きさを既定することである。処理チャンバの内側表面上への堆積物の蓄積は、１つの洗浄から後続洗浄まで、同一のパターンに従わず、また、洗浄間堆積条件変化により変わることもある。これは、１つの洗浄手順から後続洗浄手順まで、チャンバ内の洗浄ガスの利用を最適化するようになる流量調節の種類を予測することをほとんど不可能にさせる。
【００１２】
[0017]本発明の実施形態は、洗浄ガス生成物の変わる濃度に基づく、洗浄ガス混合物の流量の連続調節のためのシステムおよび方法を含む。この調節は、チャンバ内の反応可能な堆積物質との反応のために利用できる反応性洗浄ガス種のより良好な相関関係を提供する。一方では、これは、堆積物質と反応せず、チャンバを通過する過剰洗浄元素種を減少させることにより、使われる洗浄ガス混合物の総量を減少させる。もう一方では、付加的な堆積物質が露出し、洗浄元素種との反応に利用できる場合、付加的な洗浄ガス混合物がチャンバに供給されるので、より短い洗浄時間が維持される。
【００１３】
[0018]本発明の方法およびシステムの実施形態は、堆積物質との反応性洗浄元素種との反応から反応生成物の濃度を測定するための検出器を含む。この検出器は、信号分析器により洗浄ガス混合物の流量を決めるのに用いられ、また、洗浄ガスの流量を調節するために流量情報が流量制御器に一緒に伝達され得る電子的信号の形態で、反応生成物濃度に関する情報を発生してもよい。この濃度測定／流量調節サイクルは、洗浄プロセス間に連続的に作用することにより、洗浄プロセス過程にわたって既定の洗浄ガス流量を有する既定の工程に対する要求を取り除くことができる。
【００１４】
例示的なフィードバックループ洗浄システム
[0019]図１は、本発明のシステムの実施形態に用いられてもよい例示的なフィードバックループ洗浄システム１０を示す。システム１０は、洗浄ガス混合物の成分を入れる流体貯蔵容器１２および１６を含む。容器１２は、反応性洗浄元素種の洗浄ガス前駆物質を保有し、例えば、ニトロゲントリフルオライド（ＮＦ３）のような含フッ素エッチャント前駆物質を含んでもよい。容器１６は、１つ以上のキャリアガス、特に、ヘリウム、アルゴンまたはニトロゲン（Ｎ２）のようなキャリアガスを保有してもよい。
【００１５】
[0020]容器１２および１６は、ガスマニホールド１７に流体で連結され、容器１２および１６に保有された流体が、プラズマ発生システム１８に入る前に、一緒に混合される。マニホールド１７とプラズマ発生システム１８との間の流体ラインに、プラズマ発生システム１８に入るガス混合物の流量を制御するために、バルブ（図示せず）が配置される。プラズマ発生システム１８において、容器１２および１６からの流体は、１つ以上の反応性洗浄元素種を含むプラズマに変換される。プラズマ発生システム１８は、洗浄ガス混合物からプラズマを形成するために、例えば、マイクロウェーブプラズマソース（図示せず）、または、トロイダルプラズマソース（図示せず）を含んでもよい。プラズマに由来する反応性洗浄元素種は、プラズマおよび反応性洗浄元素種による攻撃に抵抗性を有する内側表面を有している洗浄ガスフィードチャネル１９を通じて処理チャンバ２０に運搬される。
【００１６】
[0021]代替的な実施形態（図示せず）において、プラズマ発生システムは、イン・シトゥープラズマの発生を提供するように、処理チャンバ２０に位置される。これらの実施形態において、洗浄ガスの成分は、イン・シトゥープラズマを形成して維持するために、容器１２および１６から処理チャンバ２０に直接運搬される。
【００１７】
[0022]反応性洗浄元素種は、処理チャンバ２０において堆積物（例えば、シリコン酸化物）と反応し、流出物チャネル２４を通じて他の流出物成分と共にチャンバ２０を出るガス状反応生成物（例えば、ＳｉＦ４のようなフッ化シリコン）を形成する。この実施形態において、チャネル２４を通過して移動した流出物の一部は、１つ以上の反応生成物の濃度を測定する検出器２６に分岐されてもよい。代替的な実施形態において、検出器２２は、流出物チャネル２４の内部にまたは周囲に位置されてもよい。
【００１８】
[0023]検出器２６は、反応生成物の濃度を識別して測定するために、赤外線または紫外線分光器、質量分析器等のような、１つ以上の化学的検出技術を用いてもよい。例えば、検出器２６は、非分散型赤外線（ＮＤＩＲ）分光検出器であってもよい。検出器２６は、信号線２８を通じて信号分析器３０に伝送され得る電子的フィードバック信号の形態で、反応生成物濃度に関する情報を発生させることもできる。信号分析器３０において、このフィードバック信号は、反応生成物の濃度が、洗浄ガス混合物の流量が調節されるべきかを示している否かを判定するために、分析される。分析器３０の調節が必要であると判定する場合、制御信号は、信号線３２を介して質量流量制御器１４に伝送される。流量制御器１４は、この制御信号により提供される情報に基づき、容器１２からマニホールド１７、プラズマ発生システム１８、および／またはチャンバ２０への流体の流量を調節する。
【００１９】
[0024]また、システム１０の実施形態は、容器１６からの流体の流量を調節するための流量制御器１５を含んでもよい。また、この流量制御器１５は、信号線３２に連結され、その制御信号により提供された情報に基づき、流量が調節される。代替として、流量は、信号線３２上に移動する制御信号とは独立して、流量を調節する別途の信号線（図示せず）に連結されてもよい。また、流量制御器１５の流量は、手動で調節されてもよい。
【００２０】
[0025]また、システム１０の実施形態において、処理チャンバ２０での反応性洗浄元素種、反応生成物、または一部異なる元素種の濃度を測定する検出器（図示せず）を含んでもよい。この検出器は、処理チャンバ２０の外部に位置され、チャンバ内の元素種を測定し、または、検出器はチャンバ自体の内部に配置されてもよい。例えば、検出器は、チャンバ２０における反応性洗浄元素種からの光放出強度を測定し、その元素種の濃度に関する情報を発生させることもできる。この情報は電子的フィードバック信号を発生させるのに用いられてもよい。
【００２１】
例示的なＣＶＤ処理チャンバ
[0026]本発明の実施形態は、チャンバ内にエッチャントプラズマ（イン・シトゥープラズマ）を形成し、遠隔地で解離された反応性元素種を、チャンバと流体疏通する遠隔プラズマソースからチャンバに輸送することにより、チャンバ内に反応性エッチング元素種を生成する機能を有するチャンバを提供する、多様な基板処理チャンバを用いて、実施されてもよい。以下、本発明の方法およびシステムの実施形態に用いられてもよい誘導結合型ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバの実施例が開示される。以下のチャンバの説明は、例示の目的のためのものであり、本発明の技術は、特に、ＰＥＣＶＤチャンバおよびＥＣＲ−ＨＤＰチャンバを含む、多様な他のプラズマチャンバにおいて用いられ得るものと理解されたい。
【００２２】
[0027]図２Ａは、本発明に係るチャンバ洗浄技術が採用される高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム１０の一実施形態を図示する。システム１１０は、チャンバ１１３、基板支持台１１８、ガス送出システム１３３、遠隔プラズマ洗浄システム１５０、真空システム１７０、ソースプラズマシステム１８０Ａ、およびバイアスプラズマシステム１８０Ｂを含む。
【００２３】
[0028]チャンバ１１３の上部は、ドーム１４４を含み、そのドームは、アルミニウム酸化物またはアルミニウム窒化物のような、セラミック誘電物質から作られる。ドーム１１４は、プラズマプロセス領域１１６の上部境界を画成する。プラズマプロセス領域１１６は、基板１１７の上部表面と基板支持台１１８により底に境界付けられ、また、そのプラズマプロセス領域も、アルミニウム酸化物またはアルミニウムセラミック物質から作られる。
【００２４】
[0029]ヒートプレート１２３およびコールドプレート１２４が搭載され、ドーム１１４に熱的に連結される。ヒートプレート１２３およびコールドプレート１２４は、約１００℃〜約２００℃の範囲にかけて約±１０℃以内にドーム温度の制御を許容する。一般に、プラズマへの露出は、基板支持台１１８上に位置された基板を加熱させる。基板支持台１１８は、熱伝逹ガス（後面冷却ガスともいう）を基板後面に送出可能な内部および外部通路（図示せず）を含む。
【００２５】
[0030]チャンバ１１３の下部は、チャンバを真空システムに結合する本体部材１２２を含む。基板支持台１１８のベース部分が本体部材１２２上に搭載され、連続的な内側表面を形成する。基板は、チャンバ１１３の面において挿入／除去孔を通じて、ロボットブレード（図示せず）によりチャンバに移送され、チャンバから搬出される。リフトピン（図示せず）がモーター（図示せず）の制御下に上昇された後下降され、基板が、下部積載位置１５７のロボットブレードから、基板が基板支持台１１８の基板収容部分１１９上に配置される下部プロセス位置１５６に移動される。基板収容部分１１９は、基板プロセス間に基板を基板支持台１１８に固定するのに用いられる静電チャック１２０を含む。
【００２６】
[0031]真空システム１７０は、スロットル本体１２５を含み、そのスロトル本体は、二枚刃のスロットルバルブ１２６を覆い、ゲートバルブ１２７およびターボ分子ポンプ１２８に付着される。ゲートバルブ１２７は、スロットル本体１２５からポンプ１２８を隔離し、また、スロットルバルブ１２６が完全開放される場合、排出流容積を制限することにより、チャンバ圧を制御することができる。このスロットルバルブ、ゲートバルブ、およびターボ分子ポンプの構成は、約１ミリトール程度に低く、正確かつ安定したチャンバ圧の制御を許容する。
【００２７】
[0032]ソースプラズマシステム１８０Ａは、ドーム１４４上に搭載された最上部コイル１２９および側面コイル１３０に連結される。対称的な接地シールド（図示せず）は、コイル間の電気的カップリングを減少させる。最上部コイル１２９は、最上部ソースＲＦ（ＳＲＦ）発生器１３１Ａにより急転される一方、側面コイル１３０は、側面ＳＲＦ発生器１３１Ｂにより急転されるので、各コイル毎に独立的なパワーレベルと動作周波数を許容する。特定の実施形態において、最上部ソースＲＦ発生器１３１Ａは、名目上２ＭＨｚで２，５００ｗａｔｔｓのＲＦパワーまで提供し、側面ソースＲＦ発生器１３１Ｂは、名目上２ＭＨｚで５，０００ｗａｔｔｓのＲＦパワーまで提供する。最上部および側面ＲＦ発生器の動作周波数は、プラズマ発生效率を向上するために、（例えば、それぞれ１．７−１．９ＭＨｚおよび１．９−２．１ＭＨｚまで）名目上動作周波数からオフセットされてもよい。
【００２８】
[0033]バイアスプラズマシステム１８０Ｂは、バイアスＲＦ（ＢＲＦ）発生器１３１Ｃおよびバイアスマッチングネットワーク１３２Ｃを含む。このバイアスプラズマシステム１８０Ｂは、基板部分１１７を補充電極として作用する本体部材１２２に容量結合させる。このバイアスプラズマシステム１８０Ｂは、ソースプラズマシステム１８０Ａにより生成されたプラズマ元素種（例えば、イオン）の基板表面への輸送を増大するように機能する。特定の実施形態において、バイアスＲＦ発生器は、１３．５６ＭＨｚで５，０００ｗａｔｔｓのＲＦパワーまで提供する。
【００２９】
[0034]ＲＦ発生器１３１Ａおよび１３１Ｂは、デジタル制御型シンセサイザーを含み、約１．８〜約２．１ＭＨｚの周波数範囲にわたって動作する。各発生器は、当業者が理解しているように、チャンバとコイルから発生器に再反射されたパワーを測定し、最低反射パワーを得るように動作周波数を調節するＲＦ制御回路（図示せず）を含む。マッチングネットワーク１３２Ａおよび１３２Ｂは、発生器１３１Ａおよび１３１Ｂの出力インピーダンスを、それらのそれぞれのコイル１２９および１３０とマッチングする。このＲＦ制御回路は、負荷が変わることにより、発生器をその部下にマッチングするように、そのマッチングネットワーク内のキャパシタの値を変更することにより、両マッチングネットワークを同調させることもできる。ＲＦ制御回路は、負荷から発生器に再反射されるパワーが所定の限界を超過する場合、マッチングネットワークを同調させることもできる。一定のマッチングを提供し、ＲＦ制御回路がそのマッチングネットワークを同調することを不能させる一方法は、その反射したパワー限界を所定反射パワーの予想値以上に設定することである。これは、最も最近の状態においてマッチングネットワークを一定に維持することにより、一定の状態下で、プラズマを安定させるのに役立つ。
【００３０】
[0035]ガス送出システム１３３は、数個のソース１３４（ａ）・・・１３４（ｎ）からガス送出ライン１３８（その一部のみが図示される）を経由して、前駆物質を提供する。後述する具体的な実施例において、ガスソース１３４（ａ）・・・１３４（ｎ）は、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）、Ｏ３、Ａｒ、ＮＦ３およびその他前駆物質のような、前駆物質に対する別個のソースを含む。当業者が理解しているように、ソース１３４（ａ）・・・１３４（ｎ）に用いられる実際のソースおよびチャンバ１１３への送出ライン１３８の実制接続は、具体的な堆積およびチャンバ１１３内で実行される洗浄プロセスにより変わる。各ソース１３４（ａ）・・・１３４（ｎ）からのガス流は１つ以上の流量制御器１３５Ａ−Ｅにより制御されてもよい。
【００３１】
[0036]ガスリング１３７および／または最上部ノズル１４５を通じてチャンバ１１３にガスが導入される。図２Ｂは、ガスリング１３７の付加的な詳細事項を示した、チャンバ１１３の簡易、部分断面図である。一部の実施形態において、１つ以上のガスソースは、ガス送出ライン１３８（そのうち一部のみを示す）を通じてガスリング１３７内のリングプレナム１３６にガスを提供する。ガスリング１３７は、基板上に均一なガス流を提供する複数のガスノズル１３９（図示目的のために、そのうち１つのみを示す）を有する。ノズル長さおよびノズル角度は、個別のチャンバ内での具体的なプロセスに対する均一なプロファイルおよびガス活用效率に応じて変更されてもよい。特定の一実施形態において、ガスリング１３７は、アルミニウム酸化物セラミックで作られた２４個のガスノズル１３９を有する。
【００３２】
[0037]また、ガスリング１３７は、特定の実施形態では、ソースガスノズル１３９と同一の平面にあり、ソースガスノズル１３９よりも更に短く、一実施形態では、本体プレナム１４１からガスを収容する、複数のノズル１４０（そのうち、１つのみを示す）を有する。ガスノズル１３９および１４０は、チャンバ１１３にガスを注入する前にガスリング１３７から導入されるガス（例えば、ＴＥＯＳおよびＯ３）が混合されないことが、所望の一部の実施形態では流体連結されない。他の実施形態では、本体プレナム１４１とガスリングプレナム１３６との間に開口（図示せず）を提供することにより、チャンバ１１３にガスを注入する前に、混合されてもよい。１４３Ｂ（他のバルブは、図示せず）のような付加的なバルブは、流量制御器からチャンバへのガスを遮断することもできる。
【００３３】
[0038]可燃性、毒性、または腐食性ガスが用いられる実施形態では、堆積または洗浄プロセス後にガス送出ラインに残っているガスを取り除くことが好ましい。これは、バルブ１４３Ｂのような３方弁を用いて、例えば、チャンバ１１３を送出ライン１３８を隔離し、送出ライン１３８を真空ｆｏｒｅｌｉｎｅ１４４とすることにより、達成されてもよい。図２Ａに示すように、１４３Ａおよび１４３Ｃのような、他の類似したバルブが他のガス送出ライン上に結合されてもよい。実際に、このような３方弁は、排出されない（３方弁とチャンバとの間の）ガス送出ラインの体積を最小化するために、チャンバ１１３および遠隔プラズマソース１５０の近くに配置されてもよい。また、２方（オン−オフ）弁（図示せず）が、流量制御器（ＭＦＣ）とチャンバとの間またはガスソースとＭＦＣとの間に配置されてもよい。
【００３４】
[0039]また、図２Ａを参照すると、チャンバ１１３は、最上部ノズル１４５および最上部ベント１４６を有する。最上部ノズル１４５および最上部ベント１４６は、ガスの最上部および側面の流れの独立的な制御を可能にすることにより、膜均一性を向上させ、膜の堆積およびドーピング変数の微細調節を可能にする。最上部ベント１４６は、最上部ノズル１４５の周囲の円形孔である。一実施形態において、１つのソース、例えば、ＴＥＯＳが別個のＭＦＣ（図示せず）からソースガスノズル１３９および最上部ノズル１４５に供給する。これと同様に、別途のＭＦＣが酸素である単一のソースから最上部ベント１４６およびガスノズル１４０の両者への酸素の流れを制御するのに用いられてもよい。最上部ノズル１４５および最上部ベント１４６に供給されたガスは、ガスをチャンバ１１３に流す前に別に維持され、または、ガスは、チャンバ１１３に流す前に上部プレナム１４８で混合されてもよい。他の実施形態において、同一のガスからなる別途のソースが、チャンバの数ヶ所に提供するのに用いられてもよい。
【００３５】
[0040]マイクロウェーブプラズマソース１５０（または他の実施形態では、トロイダルプラズマソース）のような、遠隔プラズマ洗浄システムが、本発明に係る洗浄プロセスの実施形態に用いられてもよい。この洗浄システムは、ソース１３４（ａ）・・・  １３４（ｎ）内の１つ以上の洗浄ガスソース（例えば、フッ素分子、ニトロゲントリフルオライド、他のフルオルカーボン、または単独またはアルゴンのような他のガスと結合された等価物）からプラズマを反応器空洞１５３に生成する遠隔プラズマ発生器１５１を含んでもよい。洗浄ガスソースの流量は、ガスソースの流れレベルに関する情報を有する制御信号を受信するように構成された流量制御器１３５Ａ−Ｅにより連続的に調節されてもよい。
【００３６】
[0041]このプラズマに由来する反応性元素種は、アプリケーターチューブ１５５を経由して、洗浄ガスフィードポート１５４からチャンバ１１３に搬送される。洗浄プラズマ（例えば、空洞１５３およびアプリケーターチューブ１５５）を包含するのに用いられる物質は、プラズマによる攻撃に抵抗性がなければならない。反応器空洞１５３とフィードポート１５４との間の距離は、所望のプラズマ元素種の濃度が、反応器空洞１５３からの距離に応じて徐々に減少することができるので、実際には、できるだけ短く維持されなければならない。検出器（図示せず）がチャンバ１１３内の洗浄プロセスからの反応生成物をモニタするのに用いられてもよい。この検出器は、ソース１３４（ａ）・・・１３４（ｎ）内の洗浄ソースの成分に対して、流量制御器１３５Ａ−Ｅにより設定される流量を調節するのに用いられてもよい反応生成物の濃度に関する情報を発生させてもよい。
【００３７】
[0042]システム制御機１６０は、システム１１０の動作を制御する。制御器１６０は、例えば、ハードディスクドライブおよび／またはフロッフィディスクドライブのようなメモリ１６２およびプロセッサ１６１に連結されたカードラックを含んでもよい。このカードラックは、単一ボード・コンピューター（ＳＢＣ）、アナログおよびデジタル入出力ボード、インターフェースボードおよびステッパモータ制御器ボードを包含してもよい。システム制御器１６０は、ハードディスクドライブに保存されたコンピュータプログラムの制御下で、または、リムーバブル・ディスク上に保存されたプログラムのような他のコンピュータプログラムを介して動作する。このコンピュータプログラムは、例えば、タイミング、ガスの混合物、ＲＦパワーレベルおよび特定プロセスの他の変数を指令する。また、このシステム制御機１６０は、洗浄プロセスで用いられる洗浄ソースの流量を調節するために、洗浄プロセスで用いられる反応生成物検出器からのフィードバック信号を分析し、流量制御器１３５Ａ−Ｅに伝送される制御信号を発生させる。
【００３８】
例示的反応生成物検出器
[0043]図２Ｃは、本発明に用いられてもよい非分散型赤外線（ＮＤＩＲ）検出器２００の概略断面図を示す。検出器２００は、反射器２０４の中央に可視／ＵＶランプ２０２を含んでもよい。ランプ２０２により発生された光は、窓２０６を通過してサンプルチャンバ２０８に到逹することができる。洗浄プロセス流出物から測定された反応生成物は、主な流出物チャネル（図示せず）に流体連結された入口２１０からサンプルチャンバ２０８に入ってもよい。このランプ２０２からの光は、反応生成物および流出物中の他の分子により吸収されてもよく、この光吸収の程度は、光検出器２１６により測定されてもよい。
【００３９】
[0044]帯域フィルタ２１４がランプ２０４からの、反応生成物が固有に電磁気放射線（例えば、反応生成物での振動励起）を吸収する狭い波長範囲以内に入らない光を選別するのに用いられてもよい。よって、光検出器２１６は、変化がサンプルチャンバ２０８内の反応生成物の濃度変化に主に起因する波長において、光の強度変化のみを測定する。
【００４０】
[0045]光検出器２１６は、反応生成物の濃度変化により引き起こされる測定された光強度の変化に関する情報を包含する電子信号を発生させることができ、その信号は、信号線２１８を経由して、信号分析器または流量制御器（図示せず）に伝送される。付加の実施形態において、反応生成物の濃度変化により引き起こされないサンプル信号で振動およびドリフトを補償するために、測定された光強度から発生したサンプル信号の変化が基準信号（図示せず）と比較されてもよい。流出物が入口２１０および出口２１２を経由してサンプルチャンバ２０８を通過するにより、検出器２００は、流出物での反応生成物濃度に関する情報を周期的（例えば、約１回／秒以上）または連続的に提供することができる。
【００４１】
例示的フィードバックループ洗浄プロセス
[0046]次に、図３を参照すると、本発明の方法の実施形態において行われるプロセス工程を図示するフローチャートが示されている。洗浄プロセスの前に、反応チャンバは、基板（例えば、シリコンウエハ）上に膜層を堆積するのに用いられる。この堆積は、堆積物（例えば、ＳｉＯ２のようなシリコン酸化物物質）を処理チャンバの内壁上に形成させる（３０２）。１回以上の基板堆積が行われた後、基板は、洗浄プロセスに備えて、チャンバから除去されてもよい（３０４）。
【００４２】
[0047]洗浄成分用のチャネルは、洗浄ガス混合物（例えば、ＮＦ３およびＡｒ）がプラズマ発生システムに流れることを許容するように、開放されてもよい（３０６）。この洗浄ガス混合物の初期流量は、予め設定された後、反応生成物に関するフィードバックに基づき、連続的に調節されてもよい。例えば、洗浄ガス混合物におけるＮＦ３の初期流量は、約１５００〜４０００ｓｃｃｍの間に設定された後、そのフィードバックに基づき、より高くまたはより低く調節されてもよい。洗浄ガス混合物の初期流量は、プラズマを形成し、プロセスチャンバ３１０の内側表面上の堆積物と反応する（３１０）反応性洗浄元素種（例えば、フッ素ラジカルおよびイオン）を発生させるように用いられてもよい（３０８）。
【００４３】
[0048]堆積物質と反応性元素種との反応は、ガス状流出物のストリームでプロセスチャンバから搬出される揮発性反応生成物（例えば、ＳｉＦ４）を生成する。検出器（例えば、ＮＤＩＲ検出器）が流出物ストリームでの反応生成物濃度を測定するのに用いられる（３１２）。この検出器は、反応生成物濃度が調節されなければならないかを決めるために分析される電子信号の形態で、濃度測定に関する情報を発生してもよい（３１４）。その分析が、濃度調節が不要であると指示すれば、洗浄ガスの流量を設定するのに流量制御器により用いられる制御信号が現在速度で維持される（３１６）。一方、その分析が、洗浄ガス流量が調節されなければならないと指示すれば、流量制御器に送信される制御信号は、流量の調節を指示する（３２２）。
【００４４】
[0049]反応生成物の濃度の信号分析が洗浄ガス流量に対する調節を示す場合、洗浄プロセスがプロセスチャンバの内側表面から堆積物が実質的に除去される終点に到逹したか否かを判定するために、これ以上の信号分析が行われてもよい（３１８）。例えば、終点は、反応性洗浄元素種と反応するように残された添加の堆積物質が存在しても、極めて少なくあることを示す所定のレベル下に、反応生成物濃度が入る場合と定義されてもよい。この分析が終点に到逹したことを示す場合、洗浄プロセスを終了するようにとの命令が与えられることもある（３２０）。一方、分析が洗浄プロセスが終点に到逹しなかったことを示す場合、流量制御器が流量を調節するように命令するために制御信号が伝送されてもよい（３２２）。
【００４５】
[0050]付加的な実施形態（図示せず）において、洗浄プロセスが終点に到逹したか否かを判定（３１８）するための信号分析が行われず、既定の洗浄時間量（例えば、約５０〜約７５秒）が経過した後に終点が設定される。この終点時間に到達すると、制御器は終了する（３２０）。これらの実施形態では、洗浄プロセスの終点が特定の時間に既定されるが、依然として洗浄ガス流量は、測定された反応生成物濃度からのフィードバックに基づき、洗浄間に調節されてもよい。
【実施例】
【００４６】
[0051]本発明の実施形態による洗浄プロセスを従来の洗浄プロセスの洗浄時間およびＮＦ３の使用量を比べるために、実験を行った。従来の洗浄プロセスでは、洗浄流出物から測定されたＳｉＦ４濃度からのフィードバックに基づき、ＮＦ３流量を連続的に調節した、本発明の実施形態による洗浄プロセスに備えて、洗浄プロセスにわたって、三つの異なる静的なＮＦ３流量（１５００、２５００、および３５００ｓｃｃｍを用いた。
【００４７】
[0052]図４は、各洗浄プロセスにおいて洗浄時間の関数によるＳｉＦ４濃度信号のグラフを示す。予想されたように、３５００、２５００、および１５００ｓｃｃｍにおいて、従来のプロセスに対して洗浄時間を比べる場合、終点が相当に長くなった。また、実験実行の間に全体のＮＦ３使用量データを収集し、各洗浄プロセスに対して表１に要約した。
【００４８】
【表１】
2008508728.tif 000002
【００４９】
[0053]表１は、ＮＦ３を一定の速度３５００ｓｓｃｍで流した従来の洗浄プロセスに比べて、本発明の実施形態による洗浄プロセス間に用いられるＮＦ３の量からの４０％の節減量を示す。さらに驚くべきことに、連続調節されたＮＦ３流量に対して終点がより短い時間に到逹したということである。したがって、この実施例は、本発明による洗浄プロセスが従来の洗浄プロセスに比べて、時間およびＮＦ３共に節減することを立証する。また、表１は、これらの方法が全体の洗浄を、本発明に用いられる時間をほとんど２倍延長するので、低流量でガスを流すことにより、ＮＦ３を一定に維持する従来の洗浄プロセスよりも本発明がより優れていることを示す。
【００５０】
[0054]以上、幾つかの実施形態を説明したが、当業者は、様々な変形例、代替構成、および均等物も、本発明の精神から逸脱することなく使用可能であることが分かる。また、広く周知されたプロセスおよび構成要素については、不要に本発明を不明確にすることを回避するために、説明しなかった。したがって、上記説明は、本発明の範囲を限定するものと見なしてはならない。
【００５１】
[0055]また、数値範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の介在する各数値を、その下限の単位の１０分の１まで具体的に示すことを理解されたい。言及された範囲において、任意の言及された数値または介在された数値と、その言及された範囲において、任意の他の言及されたまたは介在された数値との間にある、より少ない範囲のそれぞれは、本発明の範囲内に含まれる。これらの、より小さい範囲の上限と下限は、その範囲内に、独立的に含まれ、または排除され、さらに小さい範囲に、上限と下限のいずれか１つ、あるいは全て、あるいはどちらでもないものが含まれる場合の各範囲も、本発明の範囲内に含まれ、言及された範囲で任意の具体的に排除された限界が付与される。また、言及された範囲が、その限界の１つまたは全てを含む場合、その含まれた限界のいずれか１つまたは両方を除外した範囲も、本発明に含まれる。
【００５２】
[0056]本明細書で用いられるように、または、添付の請求の範囲において、単数形態の「１つ」、「および」、「その」は、特に言及しない限り、複数の指示物を含む。したがって、例えば、「１つのプロセス」の引用は、複数のそのようなプロセスを含み、「その電極」の引用は、１つ以上の電極、当業者に既知のその均等物等に対する引用を含む。
【００５３】
[0057]また、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｓｉｎｇ）」、「（含む）ｉｎｃｌｕｄｅ」、「（含む）ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」が、本明細書および以下の請求の範囲で用いられるとき、これらは、言及された特徴、完全体、構成成分、または工程の存在を規定するためのものであり、１つ以上の他の特徴、完全体、構成成分、工程、またはグループの存在や付加を排除しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係るフィードバックループ洗浄システムの模式図を示す。
【図２Ａ】本発明の実施形態に用いられる例示的なＣＶＤ処理チャンバの模式図を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に用いられる例示的なＣＶＤ処理チャンバの模式図を示す。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に用いられてもよい例示的なＮＤＩＲ検出器の模式図を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るフィードバックループ洗浄プロセスを図示したフローチャートを示す。
【図４】多様なＮＦ３流量において、ＳｉＦ４信号強度を洗浄プロセスの時間関数で示したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０…フィードバックループ洗浄システム、１４、１５…流量制御器、１２、１６…流体貯蔵容器、１７…ガスマニホールド、１８…プラズマ発生システム、１９…洗浄ガスフィードチャネル、２０…処理チャンバ、２４…流出物チャネル、２２、２６…検出器、２８、３２…信号線、３０…信号分析器。
【図１】
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【図２Ａ】
2008508728.tif 000004
【図２Ｂ】
2008508728.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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