(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバ内に残留する堆積物による半導体の汚染を防止する方法を提供する。【解決手段】チャンバ１００表面近傍の温度制御付きセラミックのライナ１０２の温度は、半導体の基板処理中にライナ１０２表面上の堆積物形成の低減やライナ１０２表面から堆積物除去の促進を目的に設定される。チャンバ１００表面には堆積物が早く堆積するものもある。堆積物の形成又は除去の速度は温度に依存するので、ライナ１０２は異なる場所で温度を独立に設定可能に構成されうる。温度制御可能なライナ１０２が複数の場合、各ライナで保護されるチャンバの領域の堆積物の形成の低減又は除去の要件に応じ、異なる温度に設定される。好適には、基板処理時或いは洗浄処理時にチャンバ１００外部で生成されたプラズマが導管を通してチャンバ１００内に供給される。【選択図】図１
2008252099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理チャンバにおいて洗浄処理中にセラミックライナ又はセラミック障壁から堆積物を除去する方法であって、
前記セラミックライナ又はセラミック障壁の各々を、遷移金属及びアルカリを約１０ｐｐｍ未満含有し、実質的には前記遷移金属及び前記アルカリを含んでいないセラミック材料から製造することと、
前記セラミックライナ又はセラミック障壁を、独立して温度を制御可能な複数の部分を有し、該温度が２５０℃〜９００℃の範囲で独立して制御可能なように製造することと、
前記複数の部分のうち少なくとも一つの部分を、２５０℃〜９００℃の範囲内の温度を提供するように制御することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも一つの部分が、２５０℃〜４００℃の範囲内の温度で動作するよう制御される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄処理が、プラズマ洗浄処理である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマが、前記半導体処理チャンバから離れた場所で生成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマはハロゲンを含有し、該プラズマが前記離れた場所から前記半導体処理チャンバにテトラフルオロエチレンの導管を介して運ばれる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記セラミック材料は、下記の式、
ＮaＹb
によって表され、Ｎがホウ素、アルミニウム、シリコン、チタン、ジルコニウム又はクロムを含み、Ｙが酸素、窒素又は炭素を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記セラミック材料が、該セラミック材料内に埋込まれた加熱素子を用いて加熱される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
半導体処理チャンバ内に存在する複数の障壁構造から、該半導体処理チャンバ内の洗浄処理中に、堆積物を除去する方法であって、
前記複数の障壁構造を、遷移金属及びアルカリを約１０ｐｐｍ未満含有し、実質的には前記遷移金属及び前記アルカリを含んでいないセラミック材料から製造することと、
前記複数の障壁構造のうち少なくとも一つの障壁構造を、独立して温度を制御可能な複数の部分を有し、該温度が２５０℃〜９００℃の範囲で独立して制御可能なように製造することと、
前記複数の障壁構造のうち少なくとも一つの障壁構造を、２５０℃〜９００℃の範囲内の温度を提供するように制御することと、
を含む方法。
【請求項９】
前記複数の障壁構造のうち少なくとも一つの障壁構造を、２５０℃〜４００℃の範囲内の温度で動作するように制御することを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記洗浄処理が、プラズマ洗浄処理である、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プラズマが、前記半導体処理チャンバから離れた場所で生成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラズマはハロゲンを含有し、該プラズマが前記離れた場所から前記半導体処理チャンバにテトラフルオロエチレンの導管を介して運ばれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記セラミック材料は、下記の式、
ＮaＹb
によって表され、Ｎがホウ素、アルミニウム、シリコン、チタン、ジルコニウム又はクロムを含み、Ｙが酸素、窒素又は炭素を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１４】
前記セラミック材料が、該セラミック材料内に埋込まれた加熱素子を用いて加熱される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相堆積（Chemical  vapor  deposition:ＣＶＤ）装置、物理気相堆積（Physical  vapor  deposition:ＰＶＤ）装置及びエッチング装置のチャンバ表面を洗浄するための装置及びその方法に関する。特に、本装置は、洗浄すべき表面に熱を加える機能を備えている。熱は、基板のＣＶＤ処理、ＰＶＤ処理、若しくはエッチング処理中、若しくはその後の（基板を取りだした）洗浄作業中、又はその両方に加えることができる。本発明の好適な実施形態では、処理チャンバの洗浄作業は、基板の取り出し後に、本明細書に述べる装置及び方法に従ってチャンバ表面を高温にした状態で、洗浄すべき表面に接触する外部生成される活性種を用いて実施される。
【背景技術】
【０００２】
半導体の処理は、基板上に微細な集積回路を作り出す数多くの異なる化学工程と物理工程とを含んでいる。集積回路は、種々の材料からなる多層のパターンを使って構成される。各材料の層は、化学気相堆積、物理気相堆積及びエピタキシャル成長をはじめとする種々の工程の組み合わせによって作製される。幾つかの層は、フォトレジストと湿式及び乾式のエッチング技術を使ってパターン形成される。パターンは、特定の場所にドーパントを注入することによって各層内に作り出される。（集積回路が作り出される基板は、シリコン、ガリウム砒素、ガラス、その他の適当な材料とするのがよい。）半導体を処理するリアクタ内で行われる工程の多くは、堆積して有害な微粒物の元となる堆積物を、処理チャンバの壁面に残すので、これらが処理チャンバ内に形成されて半導体素子を汚染することを防止しなければならない。半導体素子の寸法はますます小さくなっているので、半導体加工物の表面の微粒物の存在はますます重大な問題になってきている。
【０００３】
堆積物は、プラズマ強化エッチングを使った乾式洗浄によって処理チャンバの壁面やガス分配プレートなどから除去できるが、或いはまた処理チャンバの表面は手作業で開けて湿式洗浄することもできる。処理チャンバの壁から汚染物質を除去するためのこの後者の手順は、非常に時間がかかるものである。
【０００４】
重合に導くプラズマ表面相互作用を強調しているプラズマエッチングとプラズマ重合との間の相互関係の記載は、イー・ケイ及びエー・ディルクス両氏による真空科学技術学会誌１８（１）の１９８１年１月／２月号の「高周波容量結合ダイオードシステムにおけるフルオロカーボンのプラズマ重合」("Plasma  Polymerization  of  Fluorocarbons  in  RF  Capacitively  Coupled  Diode  System"by  E.  Kay  and  A.  Dilks,  J.  Vac.  Sci.  Technol.  18(1)  Jan./Feb.  1981)に発表されている。プラズマエッチングでフッ素と塩素とを含有するガスを使うことに関する更なる記載が、セミコンダクタ・インターナショナルの１９８８年３月号の副編集長ピーター・エイチ・シンガー氏による「今日のプラズマエッチング化学」（"Today's  Plazma  Etch  Chemistries",  Peter  H.  Singer,Associate  Editor,  Semiconductor  International,  March  1988)になされている。これらの論文は、エッチング化学をうまく発展させるにはガスの流量、チャンバの圧力と温度、プラズマエネルギ及びシステム構成をはじめとする処理変数の慎重な制御に加えて、入力ガスの組成の注意深い選択が必要であるということを明らかにしている。
【０００５】
プラズマ処理チャンバの壁面に付いた堆積物は、プラズマ中のイオン衝撃或いは化学反応によって除去可能である。化学反応は、一般に処理チャンバの表面に対するイオン衝撃を避けて堆積物を除去する穏やかな手段を提供するので、好ましい。化学反応を使って堆積物を除去する最も好ましい方法は、堆積物を処理チャンバからポンプで排気することのできる揮発種に変換することである。このように、処理チャンバ表面に最初の堆積物が形成されるのを防止するか、又は、処理チャンバ上の堆積物を処理チャンバから容易に除去できる揮発種に変換する化学反応法の提供が望まれている。
【０００６】
或いは、処理チャンバの表面は、堆積物が処理チャンバ表面に到達する前に堆積物を捕捉する、取り外し可能で使い捨ての（「チャンバ外に」一掃できる)ライナで内張りされている。例えば、ロバートソン(Robertson)等に１９９４年１１月２２日に付与され、本発明の譲受人に譲渡されて、参考文献として援用される米国特許第５，３６６，５８５号には、典型的には金属であるプラズマ処理チャンバの導電性の壁を、汚染物質の堆積から、そしてガスプラズマとの反応から保護するための方法と装置が記載されている。ガスプラズマと保護すべきこのような導電性部分との間には、リアクタチャンバの導電性部分に隣接して、少なくとも０．００５インチ（１２７ｍｍ）の厚さが望ましいとされるセラミックの障壁材料(barrier  material)が使われる。このセラミックの障壁材料は、それがなければ保護されたリアクタチャンバ上に堆積するであろうプラズマから形成される汚染化合物の堆積物を捕捉し、それによって微粒子の元を減少させる。更に、堆積物形成の量を減らすこのセラミック障壁材料は、リアクタの保護された金属部分を侵食するエッチングプラズマを使わずに、ハロゲン含有ガスから生成されるエッチングプラズマを使ってリアクタチャンバの洗浄、或いは、反応チャンバ内で処理される物品（代表的には半導体基板）を保持するために使われる静電チャックの洗浄をも可能にしている。
【０００７】
このセラミック障壁はセラミックライナの形をなしていることが望ましく、また、ライナはアルミニウムとマグネシウムとタンタルの酸化物とフッ化物とからなる群の中から選ばれた材料で作られていることが望ましい。最も望ましいのはライナがアルミニウムで構成されていることである。
【０００８】
１９９２年２月４日に付与された、アール・ジェイ・ステージャ(R.J.Steger)による米国特許第５，０８５，７２７号には、改良型プラズマエッチング装置が開示され、導電性被膜で被覆された金属の内面を有するエッチングチャンバを備えており、プラズマエッチング処理中にチャンバ内で使われるハロゲン含有ガスなどの反応ガスによる化学的侵食から、上述の金属の内面を保護することができる。好適な実施形態では、炭素と水素若しくは窒素、又は炭素と水素と窒素のガス源を使い、プラズマにより促進されたＣＶＤ処理によって、少なくとも厚さ約０．２ミクロンの炭素被膜がエッチングチャンバの内側金属面に形成される。導電性の被膜材料は、炭素と窒化チタンとスズ酸インジウム(indium  stannate)と炭化シリコンと炭化チタンと炭化タンタルとからなる群の中から選ばれた材料を備えていると言われている。
【０００９】
本発明の譲受人に譲渡され、１９９４年７月２１日に出願され、参考文献として援用された、出願番号が第０８／２７８，６０５号の、ロー(Law)等による米国特許出願には、遠隔の励起源を使用する堆積チャンバ洗浄技術が記載されている。この遠隔励起源は、処理チャンバの外で使われて、反応種を発生させ、それからこの反応種は処理チャンバに供給されて処理チャンバの乾式洗浄を促進する。長寿命の種を維持するため、及び／又は、更に活性種の元として役立つガスを分解するために、チャンバ内の第２の励起源を使うこともできる。反応種の発生は遠隔励起源に依存するので、局所の励起源は、従来のシステムで必要とされるよりも遙に低い電力レベルで操作することができる。
【００１０】
好適な実施形態で述べた外部励起源は、マイクロ波の発生器である。一方、先駆物質ガスを活性化できる電源であればどんな電源を使ってもよい。例えば、遠隔プラズマ及び局所プラズマの両方とも、直流（ＤＣ）、ラジオ周波数（ＲＦ）及びマイクロ波（ＭＷ）による放電技術を採用することができる。もし、ＲＦ電源を使う場合は、その電源は処理チャンバの内部と容量結合又は誘導結合どちらかで結合すればよい。反応種の外部活性化は、少しばかり提案すると、熱的なガス分解技術、高強光源或いはＸ線源によって行うこともできる。
【００１１】
１９９４年１２月２２日に公開された、出願番号がＰＣＴ／ＵＳ９４／０５６１９号の、ベンセン(Bensen)等によるＰＣＴ特許出願には、マイクロ波プラズマリアクタが開示され、マイクロ波エネルギで付勢されてプラズマになるべきガスを収容するチャンバと、そのチャンバの内部に２つの表面を有する電極とを含んでいる。この電極の第１の表面はマイクロ波を放射し、その放射面の近くでプラズマを形成し、また、電極の第２の表面は、同軸導体の導波管からマイクロ波エネルギを受け取るが、このエネルギは第１の放射面に転送される。
【００１２】
１９９２年４月１５日に公開され、出願番号が第９１３０８２２２．８号である、ドナルド・ケー・スミス(Donald  K.Smith)による欧州特許出願には、大面積ダイヤモンド膜を堆積させるのに十分に適した、再循環式高速対流型反応装置(recirculating  high  velocity  convective  flow  reactive  sysytem)が記述されている。この装置は、ガスが導入されるリアクタとリアクタ内のガス活性化領域とその活性化領域内のガスにエネルギを供給する装置器具と備えている。また、この装置は、この活性化領域から間隔を開けて配置された、活性化されたガスを利用するための、リアクタ内の活性ガス表面相互作用領域と、活性化領域から相互作用領域へ活性ガスを対流によってそのガスが活性であるうちに移動させるための高速ポンプとを備えている。
【００１３】
一般に、半導体処理チャンバを洗浄するために使われる反応種は、普通に使用されるハロゲン及びハロゲン化合物をはじめとする広範囲の選択肢の中から選ばれる。例えば、反応ガスは、塩素、フッ素或いはそれらの化合物、例えばＦ2、ＣｌＦ3、ＮＦ3、ＣＦ4、ＳＦ6、Ｃ2Ｆ6，ＣＣｌ4，Ｃ2Ｃｌ6でもよい。もちろん、使用される特定のガスは、除去される堆積物質に依存している。例えば、タングステン堆積装置では、堆積したタングステンを除去するため、一般にフッ素化合物ガスが使われる。
【００１４】
１９９０年１０月２日に付与され、本発明の譲受人に譲渡され、参考文献として援用されるロー(Law)等による米国特許第４，９６０，４８８号には、リアクタチャンバの洗浄処理が記載されている。この処理は、ＲＦ電極の近くとチャンバ内及び排気システム内の全体を洗浄するために使われる。
【００１５】
好適な実施形態では、半導体ウェハ基板に二酸化シリコンを堆積する際に使われる処理パラメータが述べられている。特に、ＴＥＯＳと酸素とキャリヤーガスが、０．５〜２００トル(Torr)の圧力で処理チャンバ内に導入される。ウェハ基板は約３７５℃に加熱され、ガスマニホルドプレートは約３５℃（その上にＴＥＯＳが凝縮するのを防止するため）と約７５℃（これより高いとＴＥＯＳが反応種に分解する）との間の温度に維持される。この後の洗浄手順は処理チャンバから残留反応物と二酸化シリコンを除去するように設計されている。
【００１６】
この洗浄手順は、２つのステップが連続したエッチングシーケンスである。第１ステップでは、比較的高い圧力（２〜１５トル）、近接した電極間隔（１６０ミル、すなわち４．０６ミリメートル）、１３．５６メガヘルツで約２５０〜６５０ワットのＲＦ電力でのフルオロカーボンガスの化学的性質（約１００ｓｃｃｍでの流量比が約１：１のＣ2Ｆ6とＯ2との混合ガス）を使って、電極をエッチングする。第２ステップでは、より大きな電極間隔（４００ミル、すなわち１０．１６ミリメートル）、１３．５６メガヘルツで約１２５〜５００ワットのＲＦ電力でのフルオロカーボンガスの化学的性質（５０〜１５０ｓｃｃｍでのＮＦ3）とを組み合わせて、より低い圧力（５００ミリトル〜１トル）を使う。この洗浄手順のための温度範囲は与えられていない。
【発明の開示】
【００１７】
本発明によれば、温度制御付きセラミックライナ又はセラミック障壁はプラズマ含有処理中に処理チャンバ表面に隣接して使われ、ライナ温度又は障壁温度は、処理チャンバ内での半導体基板の処理中のライナ表面上の堆積物の形成を減らすように、又はライナ表面からの堆積物の除去を促進するように設定される。或いは、処理チャンバ表面の洗浄は、半導体基板がチャンバから取り出された後に行われ、また、ライナ温度又は障壁温度はライナ表面又は障壁表面からの堆積物の除去を促進するように設定される。
【００１８】
処理チャンバ表面には、堆積物が早く堆積するものがある。堆積物の形成の速度又は除去の速度は温度に依存するから、温度制御付きセラミックライナは、そのライナ内の異なる場所で独立の温度設定が可能になるように、構成することができる。多数の温度制御可能な障壁が使われる場合は、それぞれ特定の障壁により保護される処理チャンバの領域において、堆積物の形成の要件、形成の低減の要件又は除去の要件に応じて、各障壁を異なる温度に設定してもよい。
【００１９】
本発明の好適な実施形態では、半導体基板の処理中又は処理チャンバから基板を取り出した後の洗浄処理中に使われるプラズマは、処理チャンバの外部で生成されてから導管によって処理チャンバ内に供給される。プラズマが活性化されたハロゲン種を含む場合、導管又は少なくともそのプラズマに触れる導管の内面は、ハロゲン含有材料からなるように選ばれる。導管材料に使用されるハロゲンは、その導管の内部を通って供給される活性種と同じ元素を含むように選ぶことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、プラズマ含有処理中に処理チャンバ表面に隣接して使われる温度制御付きセラミックライナ材料又はセラミック障壁材料に関する。セラミックライナ又は障壁の温度は、処理チャンバ内での半導体基板処理中に、ライナ表面上での堆積物の形成を低減するように、又はライナ表面からの堆積物の除去を促進するように設定される。或いは、ライナ温度は、処理チャンバから半導体基板を取り出した後で行われるプラズマ洗浄処理中のライナ表面からの堆積物の除去を促進するように設定される。
【００２１】
温度制御付きライナはセラミックからなり、これは９００℃といった高い温度でハロカーボン(halocarbons)に耐性があるという特別な利点をもたらす。大半の適用に対して、処理温度は約４００℃未満であり、また望ましい処理温度は約３５０℃以下である。半導体素子の製造中の処理チャンバの壁面の残留物の形成を減らすことに関して、セラミックライナの温度設定は、実行されるＣＶＤ、ＰＶＤ或いはエッチング処理のプロセス化学作用に依存する。半導体基板が取り出された後のリアクタチャンバの洗浄をセラミックライナが促進する場合、洗浄速度は温度に対して指数関数的であるのが基本的であるので、関係する装置にもよるがセラミックライナの温度設定は、実質上高くされるであろう。例えば、洗浄速度は結局のところ、洗浄される表面に到達するハロゲン含有プラズマ種の量によって制限される拡散になる。
【００２２】
化学工業ではリアクタ材料として金属やガラスや樹脂やセラミックがよく使われる。ハロゲン及びハロゲン化合物と接触するリアクタ表面は、耐蝕性を持つように設計しなくてはならない。半導体工業でリアクタの洗浄に使用されるプラズマ生成の活性ハロゲン種は、特に腐食性が強い。これらの活性ハロゲン種に耐性を有する樹脂もあるが、こういう樹脂は一般に約１００℃より高い温度での動作寿命が短い。
【００２３】
ステンレス鋼及び高ニッケル合金鋼といった金属材料は十分な耐蝕性を示すが、少量でも鉄を含む材料は、鉄がハロゲン特にフッ素の存在する所でシリコン基板上に表面欠陥を発生させる可能性があるという理由から問題を提起する。一般に、このような重金属はスパッタリング処理中に半導体基板（ウェハ）に搬送され易いから、リアクタ内でスパッタリング処理が実施される可能性がある場合は、リアクタ表面に重金属を使用することは避けられる。よく知られているアルミニウム合金のリアクタ表面は、腐食性のハロゲン含有プラズマに侵食されるばかりでなく、更にこの表面は、ハロゲン含有プラズマに曝されたときに微粒子を形成する種々の成分を含んでいる。
【００２４】
硼珪酸ガラスといったガラス構成材料は、フッ素雰囲気中で急速に腐食され、また基本的に熱衝撃に対して弱いものである。加えて、多くのガラスはナトリウム分が多く、そのナトリウムの放出がリアクタ内で処理される基板ばかりでなくリアクタのアルミニウム表面の安定性を危うくする。
【００２５】
温度調節可能なライナの好適な構成材料は遷移金属とアルカリを事実上含まない（基本的には約１０ｐｐｍ未満）セラミック材料である。このようなセラミック材料はハロゲン含有プラズマが存在する場合にも優れた耐蝕性を示している。
【００２６】
ライナの製作に使われる好適なセラミック材料は下記の式：ＮaＹbによって表される。但し、Ｎはホウ素、アルミニウム、シリコン、チタン、ジルコニウム又はクロムを含み、Ｙは酸素、窒素又は炭素を含んでいる。一般に、ａは１〜２の整数であり、ｂは１〜３の整数である。セラミック材料はこのような材料の混合物であってもよい。
【００２７】
更に好適なセラミック材料としては、アルミナ、シリカ、チタニア及びジルコニアといった酸化物、炭化シリコン、炭化チタン、炭化ジルコニウムといった炭化物、及び、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化シリコン、窒化チタンといった窒化物などがある。これらの材料のなかでも窒化アルミニウムは半導体処理に特に適していることが明らかになっている。
【００２８】
温度調節可能なセラミックライナ又は障壁は、このライナの温度調節に使う埋め込み型の加熱素子として抵抗ヒータを利用することが望ましい。好適な加熱素子は、例えば（限定するわけではないが）エッチングを施した柔軟なフォイルヒータ或いは捲線加熱素子である。加熱素子の熱膨張係数がライナ又は障壁セラミックの熱膨張係数とマッチするように加熱素子の材料組成を選ぶことは有益である。このことは、温度制御付きセラミックライナ又はセラミック障壁の寿命を延ばすことになり、またライナ又は障壁の背後にある処理チャンバ表面の保護効果を減ずるライナ或いは障壁の亀裂を防止することになる。
【００２９】
ライナは処理中に熱を吸収するから、熱は一般にライナから抜き取らなくてはならない。種々の処理は１００℃以上の高温で作業することが望ましいから、水を入れた冷却水管をセラミックライナ内に通しても熱の抜き取りの役に立たない。使用可能な油は幾つかあるが、これは熱を除去する好適な方法ではない。セラミックライナからコンスタントに熱を抜き取る温度降下手段（伝導性熱搬送手段）を使うことが望ましい。そして、ライナの温度は、埋め込み型加熱素子とプラズマ負荷とを使って温度降下熱損失を相殺することによって制御される。温度制御付きセラミックライナ又はセラミック障壁の表面上又は表面近傍に配置された熱電対は、表面温度を検出して、その信号を、埋め込み型抵抗加熱素子に送る電力を制御する比例積分微分（ＰＩＤ）ループを備えた市販のＳＣＲ（シリコン制御整流器）制御装置のような制御装置に送信する。本好適な実施形態においては、活性プラズマ種を処理チャンバに送り込むために使われるノズルと導管は、ヒータリード部をライナへ導くチューブや処理チャンバから外部へ導くその他の周辺装置だけでなく、温度降下手段としても役立っている。当業者は、伝導性熱搬送装置は幾らでも思い浮かべることが可能である。幾つかの事例では、処理チャンバのアルミニウム合金の内面とライナの裏側との間に熱搬送不活性ガスを循環させて、この処理チャンバからコンスタントに引き出される熱搬送不活性ガスによって処理チャンバ内の減圧された圧力を維持することができる。
【００３０】
本発明の好適な実施形態では、半導体基板の処理中又は処理チャンバから基板を取り出した後の洗浄処理中に使われるプラズマは、この処理チャンバの外部で生成されて、少なくともハロゲン含有材料からなる内面を有する導管を通して処理チャンバ内に供給される。一般に外部の発生源から活性プラズマを搬送するために使われる導管は、ほぼ常温で作動する。導管材料を構成するハロゲン含有材料は、導管内部を通って供給される活性種を考慮して選択することが望ましい。少なくとも導管の内側表面用として有用な材料の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、塩素化ポリ塩化ビニール（ＣＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などといった一般に塩素作業或いはフッ素作業に適した材料が挙げられる。
【００３１】
以下に説明する好適な実施形態については、当業者は本明細書に開示された概念を、本発明の特許請求の範囲に拡張可能であるから、これらの好適な実施形態は本発明に対する限定を意図するものではなく、説明目的に用いられるものである。
【００３２】
ＳｉＨ4−Ｏ2プラズマ内でのシリカ被膜の堆積速度は、上昇温度（二酸化シリコンの形成に必要な温度より高い）がシリカ被膜の堆積速度を減少させるように働くといったように、温度に依存するということが観察されている。また、チャンバの壁面からシリカ被膜をフッ素プラズマが洗浄する速度は、シリカ被膜を除去すべき表面の温度の上昇に伴って増加することも観察されている。このように、表面温度の制御によって堆積を減少させること又は堆積を防止することが可能であり、或いは、堆積物の分解速度及び表面からの堆積物の除去速度を増加させることが可能である。
【００３３】
本実施形態では、周囲の処理チャンバ表面にシリカ被膜が堆積するのを防止しながら、半導体基板表面にシリカ被膜を生成することが望まれている。
【００３４】
図１は、プラズマにより促進されたＣＶＤによる被膜堆積が行われるこの種の半導体処理チャンバ１００の下部部分の概略図を示す。処理チャンバ１００は、処理中に半導体基板（図示せず）を収容する静電チャック／サセプタ１１４を備えている。処理チャンバの壁１０１は、ＣＶＤによって生成される被膜の堆積を受けやすい。更に、処理チャンバの壁１０１は、アルミニウム合金で構成されているのが一般で、プラズマにより促進される処理で生成される活性種の多くと反応する可能性がある。処理チャンバのアルミニウム合金壁１０１をＣＶＤ材料、スパッタリング材料などによる被膜から保護するために、温度制御付きセラミックライナ１０２が使われる。本説明図では、温度制御付きセラミックライナ１０２は２つの部分、上部部分１０４と下部部分１０６とからできている。上部部分１０４には埋め込み型抵抗ヒータ１１０があり、下部部分１０６には埋め込み型抵抗ヒータ１０８がある。上部部分１０４にはまた上部部分１０４の温度検出を可能にする熱電対１１６があり、下部部分１０６にはまた下部部分１０６の温度検出を可能にする熱電対１１８がある。各熱電対１１６と１１８は、比例積分微分（ＰＩＤ）ループを備えた市販のＳＣＲ（シリコン制御整流器）制御装置のような制御装置（図示せず）に接続されている。セラミックライナ１０２のうち、上部部分１０４のための制御装置は上部部分の温度を制御するために使われ、一方、セラミックライナ１０２のうち、下部部分１０６のための制御装置はセラミックライナ１０２の下部部分１０６の温度を制御するために独立に使われる。これによって、ＣＶＤ処理或いはスパッタリング処理中に被膜堆積物の所望の減少をもたらす温度で、セラミックライナ１０２の各部を動作させることが可能になる。更に、温度制御付きセラミックライナ１０２は、リアクタのアルミニウム合金壁の表面をプラズマにより促進される処理から完全には隔離していないが、ライナの内側で処理される基板と処理チャンバの壁面に形成される微粒子との間で部分的障壁として働いて、処理チャンバ壁面が腐食性プラズマと接触するのを減らしている。更に、処理チャンバから基板を取り出した後で、被覆材料或いはスパッタリング材料を除去するための洗浄作業のとき、ライナの所定の部分からの除去速度を制御することができる。
【００３５】
半導体基板の処理中の処理チャンバ表面に堆積するシリカその他の堆積物を減らしたり或いは防いだりすることに関して、下記の例が適合する。
【００３６】
半導体基板表面の酸化シリコン被膜を形成する、プラズマにより促進されるＣＶＤ処理において、温度制御付きセラミックライナ１０２の下部部分１０６の表面上のシリカの堆積速度が上部部分１０４の表面上の堆積速度よりも遅いときは、下部部分１０６の温度は上部部分１０４の温度より低く設定される。
【００３７】
例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＨＤＰ  ＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）リアクタでは、典型的な酸化シリコン被膜が適用された。プラズマにより促進されるＣＶＤ処理の処理条件は、約０．０１〜約１００ミリトルの圧力と約０〜約５００Ｖの自己バイアス電圧を採用し、２．０ＭＨｚ、約２５００ＷのＲＦ生成プラズマからなっていた。半導体基板の表面温度が約２００℃〜約４００℃の場合、Ａｒ又はＫｒのキャリアガスの流量約１００ｓｃｃｍと合わせて、ガス流量は、ＳｉＨ4についは約５０ｓｃｃｍ、Ｏ2については１００ｓｃｃｍであった。
【００３８】
図１に示すように、処理チャンバ１００内に配置された温度制御付きセラミックライナ１０２の下部部分１０６の温度は約１５０℃に設定されたが、上部部分１０４の温度は約１２０℃に設定された。温度制御付きライナ１０２が存在しない場合、処理チャンバ１００の下部アルミニウム表面１０３上におけるシリカの成長予想値は一般に、直径８インチのシリコンウェハ４枚の８０００オングストロームの処理につき、約４０００オングストロームから約６０００オングストロームの間であった。温度制御付きライナ１０２が所定位置にあってライナの各部分が上記の特定温度に設定された場合、下部アルミニウム表面１０３上におけるシリカの成長予想値は同一の堆積条件の下で、約３０００オングストローム未満であることが基本的であった。
【００３９】
セラミックライナ１０２の上部部分１０４は、セラミックライナ１０２の下部部分１０６に、セメントで接合又はろう付けで接合してもよい（図示せず）。
【００４０】
温度制御付きセラミックライナ又はセラミック障壁とそれによって保護される処理チャンバ表面との間の温度差によっては、ライナ又は障壁と処理チャンバ表面との間に間隔をおくことが望ましい場合がある。基本的に、温度制御付きセラミックライナ１０２は、ライナとアルミニウム合金処理チャンバの壁面との間の間隔が約０．５ｍｍになるように配置されている。しかしながら、プラズマ処理で使われる減じられた圧力と約３００℃未満の温度では、過度の接触を避けるためのライナと処理チャンバ壁面との間の間隔は、一般には幾らであっても十分である。例えば、図２を参照すると、処理チャンバのアルミニウム壁１０１の表面２０５と温度制御付きセラミックライナ１０２の上部部分１０４の裏面２０７との間の絶縁間隔２０２は約０．５ｍｍで十分である（図は比例尺でない）。図２はまた、下部アルミニウム表面１０３と温度制御付きセラミックライナ１０２の下部部分１０６の下側表面２０９との間の間隔２０６をも示している。静電チャック１１４とセラミックライナ１０２の下部部分１０６との間の２０４のような追加の間隔、及びノズル１２３とセラミックライナ１０２の下部部分１０６との間の間隔２０８は、処理チャンバ内のこれらの素子間での熱伝達の防止を助けている。
【００４１】
洗浄すべき素子を、埋め込み型の加熱素子を有するセラミックから作製することができ、その素子自身の温度が素子の表面からの堆積物の除去を促進するように洗浄処理の時に調節できるという事例も幾つかある。かかる良好な例として、窒化アルミニウムで作られていて埋め込み型加熱素子を有する静電チャックがある。プラズマにより促進される洗浄処理のとき、静電チャックの温度は、除去すべき堆積物の最適反応性を与える温度に調節することができる。
【００４２】
チャンバから半導体基板を取り出した後での半導体処理チャンバ１００の洗浄に関しては、下記の例が適用される。
【００４３】
図３は、ＨＤＰ  ＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）リアクタ内の高温プレート上に置かれたシリカ被覆の試験片からシリカ堆積物を洗浄又は除去する速度のグラフ図を、異なる２組の処理条件について示したものである。これらデータには、毎分除去される堆積物の厚さと洗浄処理が行われる温度との間の温度依存関係が示されている。
【００４４】
図３の直線３０２で示される第１の組の条件の下では、約３．８トルの圧力の下で、ＮＦ3のガス流量を約１０００ｓｃｃｍ、Ａｒ2のガス流量を１００ｓｃｃｍとし、外部の１４００Ｗマイクロ波発生源を使って、プラズマ活性種を生成した。それから、外部で生成したプラズマ活性種は、テトラフルオロエチレンの導管を通ってリアクタの真空チャンバへ行き、高温プレートに（熱伝達化合物を用いて）取り付けられた約１ｃｍ角のシリカ被覆の（サーモックス被覆の）シリコンウェハチップの真上、最上部中心に配置された入口ポートに入る。プラズマ入口ノズル表面と試験片との間の間隔は、約６インチ（１５．２ｃｍ）であった。
【００４５】
直線３０２で示すように、ＮＦ3から生成された外部生成のマイクロ波活性種を使って、試験片表面からシリカ被膜を除去する除去速度（洗浄速度）“Ｒ”を表す方程式は、
Ｒ=166e-2109/Tμ/ｍｉｎ
のようになる。ここで、Ｔは絶対温度°Ｋである。このように、洗浄速度に関しては、約６５℃で毎分約０．３２μの厚さの堆積物が除去され、約１５０℃では１．１μ／ｍｉｎが除去され、約２００℃では約１．９μ／ｍｉｎが除去され、約２５０℃では約２．９μ／ｍｉｎが除去された。
【００４６】
アルミニウム合金処理チャンバの表面からすべての堆積物を除去する目的がある場合、ＮＦ3の局所化されたイオン衝撃によるプラズマ活性種が生成することによって、アルミニウム合金の露出表面にフッ素が打ち込まれることが基本的である。これによりＡｌＦxが形成されるようになる。処理チャンバの湿式洗浄を行いながら速やかに剥がれ落ちる薄い膜を形成するものは、ＡｌＦxである。ＮＦ3から生成された外部生成マイクロ波活性種は、上述の有害な副作用を起こさずに、除去すべき堆積物の表面と反応するために利用可能な半導体処理用チャンバに入る。
【００４７】
図３に直線３０４で示すように、第２の組の条件の下では、約３．８トルの圧力の下で、Ｃ2Ｆ6のガス流量を約２００ｓｃｃｍとし、Ｏ2のガス流量を５５ｓｃｃｍとして、約２ＭＨｚ、約３５００ＷのＲＦを用いる高密度誘導結合プラズマから、高密度プラズマ活性種を半導体処理用チャンバそれ自身の中で生成した。直線３０４で示すように、シリカ堆積物の除去速度（洗浄速度）“Ｒ”は、下記の通りであった。すなわち、
Ｒ=16.1e-2466/Tμ/ｍｉｎ
となった。ここでＴは絶対温度°Ｋである。このように洗浄速度に関しては、約２５０℃で毎分約０．１４μの厚さの堆積物が除去され、約３００℃では０．２２μ／ｍｉｎが除去され、約３５０℃では約０．３２μ／ｍｉｎが除去され、約４００℃では約０．４２９μ／ｍｉｎが除去された。
【００４８】
当業者にとっては、他のプラズマ活性種についても同様な温度関係を決定することが可能であり、またその関係は温度制御付きセラミックライナ部の温度制御装置に入力可能であり、特定の状況下で所定の処理チャンバのために望ましい適当な洗浄速度を得ることができる。
【００４９】
上述のように、半導体処理チャンバの内面を洗浄するために使われるプラズマ活性種は、チャンバそれ自身の中で生成可能であり、或いはまた、外部でも生成可能である。外部での生成は、リアクタチャンバの壁面に損傷を与える可能性を減らすだけでなく、種々の場所に配置された処理チャンバ内で多数点でのプラズマ導入を可能にするので、特別の注意を必要とする特定の処理チャンバ表面にプラズマを向けることができる。反応種は、一旦、堆積チャンバ内に入っても、所望により、局所的な活性化源によって更に励起することもできる。
【００５０】
離れたところで生成するプラズマにとっては、処理チャンバに取り付けたり、或いはチャンバ内に配置したりする、嵩張った(bulky)プラズマ生成用組立品を持つ必要がないので、処理装置操作上の利点もある。
【００５１】
離れた場所で生成されるプラズマ活性種のために多数の供給箇所を使うことに関して、図１と図２は、半導体基板の処理の時に、ＣＶＤ材料を半導体処理チャンバ１００の中に供給するために使われるノズル１２４を示している。温度制御付きセラミックライナ１０２の背後にあるアルミニウム壁１０１上にＣＶＤ材料が成長する可能性を減らすために、ノズル１２４は、延長可能であることが望ましい。延長可能なノズル１２４は、温度制御付きセラミックライナ１０２の洗浄時にプラズマ活性化された洗浄種を、処理チャンバ１００内に供給するためにも使うことができる。追加のノズル１２３は、プラズマ活性化された洗浄種を処理チャンバ１００内に指向性をもって供給するために使われる。
【００５２】
この追加のノズル１２３は、図１に示すように、処理チャンバ１００内で種々の高さや角度に合わせられるように延長可能で且つ回転可能であることが望ましく、ここで、矢印１３２は延長できるという機能を示し、矢印１３４は回転できるという機能を示す。ノズル１２３を延長したり回転したりする手段（図示せず）は、図１に示す洗浄ガス（プラズマ活性化洗浄種）の導管１２１ａと１２１ｂの下方に配置されている。導管１２１ａと１２１ｂはそれぞれ、ノズル１２３が延長されていない時には停止面１２８上に静止する外面に配置された環状の肩部１２６を持っている。停止面１２８は、処理チャンバ１００の下部アルミニウム表面１０３内の環状の凹部１２７の中に納まる。各環状の肩部１２６と停止面１２８との間の環状シール部１３０は、堆積チャンバの減圧した圧力と処理チャンバ１００の外の周囲圧力との圧力差を維持するのを助けている。
【００５３】
導管１２１ａと１２１ｂの延長及び回転を行う手段は、本明細書に図示されていないが、当業者にとっては、導管１２１ａ、１２１ｂに延長動作と回転動作を伝達する市販のモータ駆動の機械装置を得ることが可能である。このモータ駆動の機械装置は、除去すべき堆積物の堆積量と処理チャンバ内のその位置とに関係するアルゴリズムに基づいてコンピュータ制御することも可能である。
【００５４】
プラズマ活性種の流量と、温度制御付きセラミックライナ又はセラミック障壁の温度と、プラズマ活性化洗浄種が流れるノズルの延長及び回転とはすべて、処理チャンバ１００からの堆積物除去を最適化するように調整され、且つ、コンピュータ制御されることが望ましい。
【００５５】
図４（ａ）と図４（ｂ）は、外部で生成されたプラズマ活性種を半導体処理チャンバ１００内に供給するために使われる導管１２０ａ，１２０ｂと組み合わせて使うことのできる幾つかの可能なノズル設計図を示したものである。図４（ａ）を参照すると、活性種を含む洗浄ガスは、ノズル４００の導管部分４０４の軸４０２に関して４５°の角度に配置されている偏向面４０６で偏向される。ノズル４００の導管部分４０４を通る洗浄ガスは、矢印の流れによって示されるように、偏向器の軸４０２に垂直な別の方向４０８に流れるように方向を変えられる。このような態様では、通常は到達が難しい半導体処理チャンバ１００内の領域にも、活性種を差し向けて集束させることができる。図４（ｂ）を参照すると、偏向器ノズル４２９の導管部分４２４を通る洗浄ガスは、両方とも偏向器ノズル軸４２２に垂直であって互いに相反する２方向４２６，４２８に方向を変えられる。このような態様では、追加の領域も同時に、洗浄ガスとそのガスに含まれる活性種とに曝すことができる。
【００５６】
ハロゲン含有プラズマ活性種を、種々の導管を通して外部の発生源から半導体処理チャンバに搬送することは、処理チャンバ内の所望の領域に到達する前に活性種が失活する可能性があるという不都合をもたらす。例えば、実験的な測定によれば、流量１０００ｓｃｃｍ、温度約５０℃、圧力約２トルで、内径約１．５インチ（３．８ｃｍ）のステンレス鋼の導管（管類）内を直線的に１ｃｍ移動する毎に、ＮＦ3から生成された外部生成のマイクロ波活性種の活動度(activity)の約５〜１０％が失われるということが示されている。同様な測定で、活性種がアルミニウムの管類を通るとき、他のすべてが一定に維持されているとして、直線的に１ｃｍ移動する毎に活動度の約０．１３％が失われるということが示されている。テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）の管類を使った場合は、直線的に１ｃｍ移動する毎に活動度の約０．０４％が失われるだけである。このように、活性種が半導体基板の処理チャンバに移動していく時に通る導管の内面の目的に合う適切な材料を選ぶことが重要である。
【００５７】
当業者はこの開示を考慮して、上述した特許請求の範囲の発明の要旨に適合するように上記実施形態を拡張することができるから、上述の好適な実施形態は本発明の範囲を限定していると意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】チャンバ内の所定位置に温度制御付きセラミックライナを有する半導体プラズマ処理チャンバを示す図である。
【図２】温度制御付きセラミックライナと処理チャンバの温度伝導性の壁面からの間隔とを強調した、図１のプラズマ処理チャンバを示す概略図である。
【図３】温度制御付きライナ又は障壁の表面温度とライナ又は障壁の表面からのシリカ被膜堆積物の除去速度（洗浄速度）との関係を示すグラフ図である。
【図４】プラズマ分配ノズルとプラズマ源から洗浄ノズルに導く導管とについての一般的な設計図である。洗浄ノズルは、洗浄すべき表面の方にプラズマ活性種を向けることができる。これらのノズルとこれらのノズルに導く導管とは、導管とノズルとを通過するプラズマの活性種が減少するのを避けるため、ハロゲン含有材料で構成するか、ハロゲン含有材料でライニング内張りすることが望ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１００…半導体処理チャンバ、１０１…処理チャンバ壁、１０２…セラミックライナ、１０３…下部アルミニウム表面、１０４…上部部分、１０６…下部部分、１０８，１１０…埋め込み型抵抗ヒータ、１１４…静電チャック、１１６，１１８…熱電対、１２０ａ，ｂ，１２１ａ，ｂ…導管、１２３…ノズル、１２６…肩部、１２７…凹部、１３０…環状シール部、１３２，１３４…矢印、２０２…絶縁間隔、２０４…追加の間隔、２０５…表面、２０６，２０８…間隔、２０７…裏面、２０９…下側表面、３０２，３０４…直線、４００…ノズル、４０２…軸、４０４，４２４…導管部分、４０６…偏向面、４２２…ノズル軸。
【図１】
2008252099.tif 000003
【図２】
2008252099.tif 000004
【図３】
2008252099.tif 000005
【図４】
2008252099.tif 000006