(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピング口を有するチャンバと、
前記チャンバに結合した洗浄剤源と、
前記チャンバの前記ポンピング口に別々に取り付けられたターボ分子ポンプと粗引ポンプとを有するポンピングシステムと、
前記ターボ分子ポンプと前記ポンピング口の間に結合されたゲート弁と、
前記洗浄剤源と前記ゲート弁と前記粗引ポンプと前記ターボ分子ポンプに結合した制御部とを備える半導体ウエーハ処理システムであって、前記制御部は、チャンバ清浄プロセスの間前記ターボ分子ポンプを介して前記チャンバから前記洗浄剤の少なくとも一部を送り出すため前記ゲート弁を部分的に開きながら前記チャンバから前記洗浄剤の少なくとも一部を前記粗引ポンプに引き出させるか、または、前記洗浄剤を前記粗引ポンプに迂回させるため前記ゲート弁を閉じさせるように構成されている、半導体ウエーハ処理システム。
【請求項２】
前記洗浄剤が元素状態のフッ素または解離フッ素を有する請求項１の半導体ウエーハ処理システム。
【請求項３】
前記洗浄剤源が遠隔プラズマ源である請求項１の半導体ウエーハ処理システム。
【請求項４】
複数の命令を記憶したコンピュータ可読媒体であって、該複数の命令は、プロセッサにより実行されると、プロセッサが半導体ウエーハ処理システムを制御して、
基板がチャンバから除去された後に洗浄剤を前記チャンバに供給し、
前記チャンバに別々に取り付けられたターボ分子ポンプと粗引ポンプとを有するポンピングシステムを介して前記洗浄剤を該チャンバから送り出し、
前記洗浄剤の少なくとも一部を前記ターボ分子ポンプを介して引き出すため前記チャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に結合したゲート弁を部分的に開きながら前記チャンバから前記洗浄剤の少なくとも一部を前記粗引ポンプに引き出させるか、または、前記粗引ポンプを介して前記洗浄剤を単独で引き出すため前記ゲート弁を閉じさせるか、
を行うようにする命令を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項５】
前記洗浄剤は元素状態のフッ素または解離フッ素を有する請求項４のコンピュータ可読媒体。
【請求項６】
前記洗浄剤を供給するステップは、
前記洗浄剤を遠隔プラズマ源から供給するステップを備える請求項４のコンピュータ可読媒体。
【請求項７】
半導体プロセスチャンバの洗浄方法であって、
前記半導体プロセスチャンバから処理が行われた基板を取り除き、
洗浄剤をポンピングシステムに結合された前記半導体プロセスチャンバに供給し、前記ポンピングシステムは前記半導体プロセスチャンバに別々に取り付けられた粗引ポンプとターボ分子ポンプとを有し、
前記ターボ分子ポンプを介して前記洗浄剤の少なくとも一部を迂回させるため前記ゲート弁を部分的に開きながら前記半導体プロセスチャンバから前記粗引ポンプを介して前記洗浄剤の少なくとも一部を送り出すか、または、前記粗引ポンプを介して前記洗浄剤を前記半導体プロセスチャンバから単独で送り出すために前記半導体プロセスチャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に配置されたゲート弁を制御することを含む、半導体プロセスチャンバの洗浄方法。
【請求項８】
前記洗浄剤が元素状態のフッ素または解離フッ素を有する請求項７の洗浄方法。
【請求項９】
前記洗浄剤を供給するステップが、
前記洗浄剤を遠隔プラズマ源から供給することを含む請求項７の洗浄方法。
【請求項１０】
前記ゲート弁と前記ポンピング口の間に取り付けられたスロットル弁をさらに備える請求項１の半導体ウエーハ処理システム。
【請求項１１】
前記ターボ分子ポンプと前記粗引ポンプは並行に結合されている請求項１の半導体ウエーハ処理システム。
【請求項１２】
前記ターボ分子ポンプと前記粗引ポンプは並行に結合されている請求項４のコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
前記ターボ分子ポンプが使用中の場合、圧力制御を提供するため、前記ゲート弁と前記半導体プロセスチャンバの間に取り付けられたスロットル弁を提供することをさらに含む請求項７の洗浄方法。
【請求項１４】
前記ターボ分子ポンプと前記粗引ポンプは並行に結合されている請求項７の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
開示内容の背景
発明の分野
本発明は、一般的に半導体処理システムを洗浄する方法及び装置に関する。本発明は、特に、プロセスチャンバに結合されたターボ分子ポンプを備える半導体処理システムを、フッ素化合ガスを用いて洗浄する方法に関する。
【０００２】
背景技術の説明
集積回路は、一つのチップ上に数百万ものトランジスタ、コンデンサ及び抵抗を含むことを可能とした複雑な装置へと発展してきた。チップ設計の発展により、より早い回路構成、より高い回路密度、そして向上した機能性を絶え間なく要求されている。回路密度が向上するにしたがい、回路構造を精密かつ繰り返し精度良くデザインしてより薄い膜を有効に利用することがますます重要になってきている。各ウエーハの回路構造における精密性と繰り返し精度を得るためには、薄膜形成時に使用するチャンバ圧力などのパラメータの作業窓をそれに対応して厳しくして、より制御しなければならない。
【０００３】
薄膜を利用した回路構造に一般的に使われる材料は、リン添加したシリコン酸化物で、通常リン添加ガラス（PSG）として知られている。リン添加ガラスは一般的に、パシベーション膜またはプリメタル誘電体（PMD）として使用される。リン添加ガラスは通常、シリコン源(例えば、シランやテトラエチルオルトシリケート（TEOS）)を酸化作用物(例えば、O2 やHO2)と高温で反応させる、化学気相堆積（CVD）プロセスにより形成される。リン添加ガラスはまた、その堆積がより低い温度で行える、プラズマ強化化学気相堆積（PECVD）及び高密度プラズマ化学気相堆積（HDP-CVD）プロセスによっても形成される。
【０００４】
PECVD及びHDP-CVDのいずれのプロセス中においても、ウエーハ上のリン添加ガラスの堆積経過にわたって、チャンバ圧力が高いほうに変化することがわかった。このプロセス中の変化は、ウエーハをバッチ処理する際のマルチプル堆積過程にわたってさらに増大する。また、この変化は、バッチにわたる堆積速度の変動、及び各ウエーハのリン添加レベルが変動する原因となる。その結果、プロセスランにわたる品質が一定した回路構造を生産するのに求められる一致性が損なわれることになる。このような非均一性は、薄膜を備えた回路構造を利用する時の制限要因となる。
【０００５】
圧力変化の原因の一部は、処理中のチャンバ圧力維持に使用されるターボ分子ポンプの汚れに起因する。シリコン酸化物の堆積中に、リンを含有した化合物がターボ分子ポンプのコンポーネントに付着し、ポンプ効率と所定のチャンバ圧力を維持する能力を低下させる。
【０００６】
洗浄能力を持った典型的な半導体プロセスシステムは、通常、ターボ分子ポンプを洗浄しない。従来システムの設計構造は、ポンプコンポーネントへの堆積を防止するために、高回転速度とターボ分子ポンプ内の充分な低圧条件に依存している。そのようなものとして、チャンバ洗浄プロセスは、通常、粗引ポンプを通り、ターボ分子ポンプをバイパスする。その結果、ターボ分子ポンプ内の堆積物は、従来の洗浄プロセスでは除去されることはない。この堆積物は時間とともに増加し、薄膜堆積に使用できなくなるまでターボ分子ポンプの圧力特性を低下させて、ポンプを取り替えることになる。
【０００７】
したがって、半導体プロセスシステム技術において、ターボ分子ポンプから汚染物を除去する必要がある。
【０００８】
発明の概要
本発明の一態様は、チャンバと、洗浄システムと、結合されたポンプシステムと、制御システムとを備えた、半導体ウエーハ処理システムである。洗浄及びポンプシステムは、チャンバに結合される。制御システムは、洗浄及びポンプシステムに結合される。チャンバポンプシステムは、粗引ポンプとターボ分子ポンプとを備える。制御システムは、ターボ分子ポンプとチャンバとの間に配設されたゲート弁を開き、チャンバから粗引ポンプにより引き出される洗浄剤の一部の方向を変えてターボ分子ポンプに送る。洗浄剤がターボ分子ポンプを通過すると、ターボ分子ポンプの表面の汚染物が洗浄されて、複数のウエーハ処理においてチャンバ内でほぼ一定で繰り返し可能な圧力を維持することができる。
【０００９】
発明の詳細な説明
理解を助けるために、添付の図面において、共通の同一要素を指定する場合には可能な限り、同一の符号を用いた。
【００１０】
本発明は、半導体ウエーハ処理システムを洗浄する方法を提供する。本発明は一般的に、例えば物理気相堆積（PVD）またはスパッタリングチャンバ、化学気相堆積（CVD）チャンバ及びイオン注入チャンバなどの半導体ウエーハ処理システムに適用されるが、これらに限られるものではない。本発明はまた、プラズマ処理あるいは洗浄サイクルを備えたチャンバ内の真空を維持するターボ分子ポンプを使用するものに適用できる。そのようなチャンバの一例としては、カリフォルニア州サンタクララ市のApplied Materials, Inc.より入手できるアルティマ（Ultima（登録商標））高密度プラズマ化学気相堆積（HDP-CVD）システムのような、高密度プラズマ化学気相堆積（HDP-CVD）チャンバである。
【００１１】
図１は、本発明の洗浄方法を実行可能なように変形したHDP-CVDシステム（システム）１００を表す。システム１００は、通常、ガスパネル１７０、制御部１０２、洗浄システム１５０及びポンピングシステム１０４を含む、各種のソースやシステムと結合した真空にすることのできる容器（チャンバ）１４０を備える。基板処理が行われるチャンバ１４０は、チャンバ本体１１２と蓋組立部１１４とにより画成させる。
【００１２】
チャンバ本体１１２は、内部環状処理領域１２０を画成し、下方端に向かって細くなり同心排気路１２２を画成する側壁１１８を有する、一体成形で加工された構造であるのが好ましい。チャンバ本体１１２は、少なくとも、スリット弁１４４により選択的に密閉される基板導入口１２４を含む、複数のポートを画成する。
【００１３】
チャンバ側壁１１８の上部表面は、蓋組立部１１４を保持するほぼ平坦なランディング領域を画成する。一つ以上のOリング溝が側壁の上部表面に形成され、一つ以上のOリングを受けてチャンバ本体１１２と蓋組立部１１４間の気密シールを作り出す。
【００１４】
蓋組立体１１４は通常、ガス分配リング１３８上に搭載されたエネルギー伝導ドーム１３２を備える。Oリング溝は、ガス分配リング１３８の上に形成され、Oリングを受けてドーム１３２とガス分配リング１３８の上部を密閉する。蓋組立部１１４は、処理を駆動させるためのエネルギー送出システムを提供すると共に、プラズマ処理領域１２０の物理的な容器となっている。
【００１５】
ガス分配リング１３８は複数のガス入口ポート１３６を備える。ポート１３６は、処理ガスや他のガスをチャンバ１４０に供給するガスパネル１７０に結合される。
【００１６】
ドーム１３２は通常、RFエネルギーを伝達可能な誘電体材料により作られ、その一例としては酸化アルミニウム（Al2O3）などのセラミックがある。２つの独立して電力供給されるRFコイル（トップコイル１７２及びサイドコイル１７４）が誘電体のドーム１３２外部に巻かれている。RFコイル（１７２，１７４）はそれぞれ第１可変周波数RF電源１７６と第２可変周波数RF電源１７８により電力供給される。
【００１７】
第１RF整合回路１７７は、第１電源１７６とサイドコイル１７４間に結合され、通常、電力をチャンバ１４０内に形成されたプラズマに伝達するのに使われる。同様に、第２RF整合回路１７９は、第２電源１７８とトップコイル１７２間に結合される。
【００１８】
基板保持部材１１６は、チャンバ１４０内でチャンバ側壁１１８から片持ち梁のように配設される。本発明の一実施形態において、基板保持部材１１６は、一つ以上の電導性素子（あるいは電極）１２６を部材自身に埋め込まれている。電極１２６は、金属素子、グリーンプリンテッドメタライゼーション、メッシュスクリーンなどを含んでよい。電圧、例えば約７００V、がDC電圧電源（図示せず）により基板保持部材１１６にかけられて、基板１３０を基板保持部材１１６の上部表面に近接して支える静電引力を生成する。
【００１９】
基板保持部材１１６はまた、処理中の基板温度を維持する温度制御システム（図示せず）を含む。温度制御システムは、基板保持部材１１６内に熱流体源（図示せず）に接続された流体経路を備えるのが好ましい。制御部１０２は、基板１３０の温度を感知しそれに応じて熱流体の温度を変化させ、所定の値を維持する。あるいは、抵抗型加熱のような他の加熱冷却方法を利用して、処理中の基板１３０の温度を制御してもよい。
【００２０】
保持部材１１６の下方には、基板保持部材１１６の上部表面とほぼ同心のポンピング口１５４がある。ポンピング口１５４は、基板保持部材１１６の基板受け部下方のほぼ中央に配設され、排気路１２２を介してチャンバ１４０からガスを均一に引き出す。これにより、基板全体の周囲すべてに、そして放射状に下方外部へ向かってチャンバ１４０からチャンバ１４０基部中央にあるポンピング口１５４を介して、より均一なガスを流すことができる。排気路１２２は、基板位置のポンピング口１５４に対する近接度が異なる従来のプロセスチャンバに欠けている、圧力と滞留時間の均一性を維持した膜層の均一な形成を促進する。
【００２１】
ポンピングシステム１０４は、ポンピング口１５４に結合される。ポンピングシステム１０４は通常、処理ガス、反応副生成物、汚染物、その他のガスをチャンバ１４０から除去すると共に、チャンバ１４０内の真空を確立及び維持する。ポンピングシステム１０４は、チャンバ本体１１２のテーパ状下部のポンピング口１５４に取り付けられた粗引ポンプ１６０とターボ分子ポンプ１６２とを備える。ゲート弁１５８はポンピング口１５４とターボ分子ポンプ１６２との間に取り付けられ、ターボ分子ポンプを使用しない時にターボ分子を分離する。ゲート弁１５８が閉じている時は、ポンピング口１５４から出るガス流は方向を変えてフォアライン１６８を通り粗引ポンプ１６０へ流れる。スロットル弁１５６は、ゲート弁１５８とポンピング口１５４間に取り付けられ、ターボ分子ポンプ１６２の使用時に圧力制御を行う。
【００２２】
洗浄システム１５０は、RF発生器１５２及び整合回路１５１を備える。RF発生器１５２は整合回路１５１に結合され、整合回路１５１は基板保持部材１１６内部の電極１２６に結合される。洗浄システム１５０は、一般的に、保守プログラムの一部として汚染物（例えば酸化物）をチャンバ１４０から定期的に除去するのに利用される。洗浄システム１５０は、RF電力を電極１２６にかけることにより作動し、ガスパネル１７０からプロセスチャンバ１４０に供給された洗浄剤のプラズマを衝撃する。洗浄剤は、例えば、アルゴンまたはその他の不活性ガスあるいは、元素状態のフッ素又は解離フッ素を含有するガスでもよい。洗浄剤は、チャンバ１４０内に堆積する可能性がある酸化物をイオン化し、次いでエッチングして除去する。このような洗浄システムの一例が、譲受人が同一である米国特許第5,861,086号（クラナ他、1999年1月19日交付）に記載されており、ここにその全てを援用する。
【００２３】
あるいは、洗浄システム１５０は遠隔プラズマ源１５０Aを備える。遠隔プラズマ源１５０Aは、基板保持部材１１６の上部表面とほぼ同じ高さで側壁１１８を貫通して設けられた追加サイドポート（図示せず）を介して、チャンバ１４０に結合される。解離フッ素を含有するガスなどの洗浄ガスは、遠隔プラズマ源１５０Aからサイドポートを通してチャンバ１４０へ導入される。
【００２４】
システム１００は、中央演算装置（CPU）１０６と、メモリ１０８と、補助回路１１０とを備える制御部１０２に結合される。制御部１０２は、HDP−CVDシステム１００の他の構成部品と共に、ポンピングシステム１０４と洗浄システム１５０とに結合され、堆積と洗浄プロセスを容易にする。
【００２５】
動作においては、図１に表す半導体基板１３０が基板保持部材１１６上に置かれる。その後、チャンバ１４０を粗引ポンプ１６０を使って真空にし、初期真空レベルを達成してからターボ分子ポンプ１６２を起動し、ゲート弁１５８を開いて真空レベルをさらに所望の真空レベルへ上げる。ガス成分が、ガスパネル１７０から基板導入口１２４を通りチャンバ１４０へ供給され、ガス混合物を形成する。ガス混合物は、RF電源からRF電力をそれぞれトップコイル１７２、サイドコイル１７４、基板保持部材１１６にかけることにより、処理領域１２０で点火されてプラズマ化する。あるいは、ガス混合物は他の方法で点火されても、また全く点火されなくてもよい。チャンバ１４０の内部圧力は、ポンピング口１５４とターボ分子ポンプ１６２との間に据えられたスロットル弁１６４を使って制御される。チャンバ壁１１８の表面温度は、プロセスチャンバ１４０の壁１１８内に配置された液体を含んだ導管（図示せず）を使って制御される。
【００２６】
上述のようにシステム１００の制御を容易にするには、CPU１０６は、各種チャンバやサブプロセッサを制御する産業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサであればいかなるものでもよい。メモリ１０８はCPU１０６に結合される。メモリ１０８（またはコンピュータ可読媒体）は、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、フロッピーディスク、ハードディスク、またはあらゆる形態の（構内または遠隔にある）デジタル記憶装置などの容易に入手可能なメモリの一つ以上でよい。補助回路１１０は、CPU１０６を従来の方式で補助するために結合される。補助回路１１０は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力の回路及びサブシステムなどを含む。本発明の洗浄プロセス２００は一般にCPU１０６により実行され、通常、ソフトウェアルーチンの一部としてメモリ１０８に記憶される。ソフトウェアルーチンについては、図２を参照して以下に論ずる。ソフトウェアルーチンはまた、CPU１０６により制御されるハードウェアから離れて置かれた第２CPU（図示せず）によって記憶／実行される。
【００２７】
洗浄プロセス２００は図２でより詳細に表される。洗浄プロセス２００は、以下の各ステップを備える：洗浄剤をチャンバ１４０に供給する(ステップ２０６)、ポンピング口１５４を介して洗浄剤をチャンバ１４０から送り出す（ステップ２０８）、ターボ分子ポンプ１６２を起動する（ステップ２１０）、ゲート弁１５８を少なくとも部分的に開く（ステップ２１２）、および、洗浄剤の少なくとも一部をターボ分子ポンプ１６２を通して引き出す（ステップ２１４）。
【００２８】
図１と図２を同時に参照すると、このソフトウェアルーチンがCPU１０６により実行されると、汎用コンピュータはチャンバ動作を制御して堆積プロセスを行わせるような特殊用途コンピュータ（制御部）１０２に変わる。本発明のプロセスがソフトウェアルーチンとして実現されるものとして論じてきたが、開示された方法ステップの幾つかは、ソフトウェア制御部によってだけでなくハードウェア内で行われてもよい。そのようなものとして、本発明は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアにより、あるいは特定用途向け集積回路または他の種類のハードウェア実装などのハードウェアにより、あるいはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現できる。
【００２９】
より具体的には、例えば、ステップ２０６において、まず元素状態のフッ素または解離フッ素を含有した洗浄剤を洗浄システム１５０からチャンバ１４０に供給して、半導体処理システム１００を洗浄する。その後ステップ２０８において、洗浄剤は粗引ポンプ１６０によりポンピング口１５４からポンピングされる。ステップ２１０において、ターボ分子ポンプ１６２が起動される。ステップ２１２と２１４において、ゲート弁１５８が少なくとも部分的に開き、洗浄剤の少なくとも一部がターボ分子ポンプ１６２を通して引き出される。
【００３０】
洗浄剤は汚染物と反応しターボ分子ポンプ１６２から汚染物を除去する。洗浄されたターボ分子ポンプ１６２は、その後、ターボ分子ポンプ１６２内に新たに汚染物が形成され洗浄サイクルが必要となるまで、ほぼ一定で繰り返し可能な真空レベルを維持することができる。
【００３１】
本発明の内容を詳細に解説してきたが、当業者は本発明の内容を含みかつ発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の変形実施形態を容易に考案可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆積プロセスを行う際に使用するプラズマ処理装置の概略図を表す。
【図２】本発明のプロセスのフローチャートを表す。
【符号の説明】
１００…システム（高密度プラズマCVDシステム）、１０２…制御部、１０４…ポンピングシステム、１０６…中央演算装置（CPU）、１１０…補助回路、１１２…チャンバ本体、１１４…蓋組立部、１１６…基板保持部材、１１８…側壁、１２０…環状処理領域、１２２…排気路、１２６…電導性素子（電極）、１３０…基板、１３２…エネルギー伝導ドーム、１３６…ガス入口ポート、１３８…ガス分配リング、１４０…チャンバ、１４４…スリット弁、１５０…洗浄システム、１５０A…遠隔プラズマ源、１５１…整合回路、１５２…RF発生器、１５４…ポンピング口、１５８…ゲート弁、１６０…粗引ポンプ、１６２…ターボ分子ポンプ、１６４…スロットル弁、１６８…フォアライン、１７０…ガスパネル、１７２…トップコイル、１７４…サイドコイル、１７６…第１可変周波数RF電源、１７７…第１RF整合回路、１７８…第２可変周波数RF電源、１７９…第２RF整合回路。
【図１】
0004845269.tif 000002
【図２】
0004845269.tif 000003