(57)【要約】  プラズマ処理チャンバ構成要素を洗浄する方法は、洗浄液による構成要素の他の表面または領域の損傷を回避しながら構成要素の表面を洗浄液に接触させることを含む。洗浄すべき例示的なプラズマ処理チャンバ構成要素は、プラズマ露出シリコン表面をもつシリコン部材と、バッキング部材と、シリコン表面とバッキング部材の間のエラストマー結合材とを有するエラストマー結合電極アセンブリである。
2010524206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバの結合電極アセンブリを洗浄する方法であって、前記アセンブリが、プラズマに露出するシリコン表面を有するシリコン部材と、バッキング部材と、前記シリコン表面と前記バッキング部材の間の結合材とを備え、ガスホールが前記バッキング部材および前記シリコン部材を通って伸びていて、前記方法が、
（ａ）前記シリコン表面を洗浄液に接触させることと、
（ｂ）前記洗浄液が、
（ｉ）前記シリコン表面にのみ接触する１つまたは複数のローラを使用して前記シリコン表面に前記洗浄液を塗布することと、
（ｉｉ）前記シリコン表面に前記洗浄液を塗布しながら前記バッキング部材を加圧することと、
（ｉｉｉ）毛管作用により前記洗浄液が前記シリコン表面にあって前記結合材および／またはバッキング部材に接触するガスホールに引き込まれる前に前記洗浄液が蒸発するように、前記シリコン表面に一定量の前記洗浄液を塗布することと、
（ｉｖ）前記バッキング部材および／または結合材に腐食防止剤を塗布することと、
（ｖ）それらの組合せと
からなる群から選択された方法によって、前記バッキング部材および／または結合材に損傷を与えることを防止することと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記バッキング部材がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッキング部材が黒鉛を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合材がエラストマー結合材を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記結合材がシリコンポリマーおよびアルミニウム合金粉末フィラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記洗浄液が酸性溶液を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記洗浄液がフッ化水素酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シリコン表面に前記洗浄液を塗布する間、前記アセンブリが前記シリコン表面を下方に向けて配向されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記洗浄液が、前記シリコン表面に接触する２つ以上のローラを使用して前記シリコン表面に塗布されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリコン表面が前記ローラ上の前記洗浄液の上面の上方に支持され、前記ローラの一部が前記洗浄液に浸漬されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ローラがポリテトラフルオロエチレンおよび／またはポリビニルアルコールで被覆および／または製造されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガス入口を備えるカバーを備える固定具中に前記アセンブリを支持することと、
前記バッキング部材の裏面の上方および前記カバーの底部の下方に気密領域を設けるために前記アセンブリ上に前記カバーを密封することと、
前記シリコン表面に前記洗浄液を塗布する間、前記バッキング部材を加圧するために前記ガス入口を通して前記気密領域にガスを供給することと
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスが、空気、窒素、およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シリコン表面のガスホールに前記洗浄液を引き込むことができる毛管作用を相殺するために十分な圧力が加えられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
安定したガスの流れが前記電極アセンブリのガスホールを通して吹き付けられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
約１〜１０ＣＦＭのガスが前記バッキング部材に加えられることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
毛管作用により前記洗浄液が前記シリコン表面にあって前記結合材および／またはバッキング部材に接触するガスホールに引き込まれる前に前記洗浄液が蒸発するように前記シリコン表面に一定量の前記洗浄液を塗布することが、前記洗浄液で濡らされたワイプを用いて前記シリコン表面をワイピングすることを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記シリコン表面に前記洗浄液が塗布される前に、前記バッキング部材および／または結合材に前記腐食防止剤が塗布されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記バッキング部材がアルミニウムを含み、前記腐食防止剤がアルミニウムの腐食を防止することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記腐食防止剤が、バニリン、アモキシシリン、ペンチロキシシリン、ジシアンジアミド、およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合シリコン電極の洗浄に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第６，３７６，３８５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０１３８０８１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０１４１７８７号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０１４１８０２号
【発明の概要】
【０００３】
プラズマ処理チャンバの結合電極アセンブリを洗浄する方法であって、アセンブリが、プラズマ露出シリコン表面を有するシリコン部材と、バッキング部材と、シリコン表面とバッキング部材の間の結合材とを備える方法が提供される。ガスホールがバッキング部材およびシリコン部材を通って延在する。本方法は、シリコン表面を洗浄液に接触させることを含む。洗浄液は、シリコン表面にのみ接触する１つまたは複数のローラを使用してシリコン表面に洗浄液を塗布することと、シリコン表面に洗浄液を塗布しながらバッキング部材を加圧することと、毛管作用により洗浄液がシリコン表面にあって結合材および／またはバッキング部材に接触するガスホールに引き込まれる前に、洗浄液が蒸発するように、シリコン表面に一定量の洗浄液を塗布することと、バッキング部材および／または結合材に腐食防止剤を塗布することと、それらの組合せとからなる群から選択された方法によって、バッキング部材および／または結合材に損傷を与えることを防止される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】電極アセンブリのバッキング部材または結合材に接触しないローラを使用して電極アセンブリのシリコン表面に洗浄液を塗布する実施形態を示す図である。
【図２】電極アセンブリのシリコン表面に洗浄液を塗布している間に電極アセンブリのバッキング部材を加圧する実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
電極アセンブリを使用して多数のＲＦ時間（高周波電力がプラズマを生成するために使用される時間（単位は時間））が経過した後、使用されたシリコン電極アセンブリは、部分的に場合によってはブラックシリコンの形成により、エッチング速度の低下およびエッチング均一性の変動を示す。「ブラックシリコン」は、プラズマ処理動作中にプラズマに露出したシリコン表面の上に堆積した汚染物によってその表面がマイクロマスキングされる結果として、その表面上に形成されることがある。ブラックシリコンの形成の影響を受ける特定のプラズマ処理条件には、低ｋ誘電体バイアのエッチング中に使用される、適度のＲＦ電力での高い窒素濃度および低い酸素濃度ならびにＣｘＦｙ濃度がある。マイクロマスキングされる表面領域は約１０ｎｍ〜約１０ミクロン程度である。特定の理論に拘束されることは望まないが、シリコン電極のプラズマ露出表面（プラズマに露出した表面）の上へのブラックシリコン形成は、プラズマ処理動作中のシリコン電極上への非連続ポリマー堆積の結果として起こると考えられる。エッチング性能の低下は、両方とも誘電体エッチングプロセスの結果である、電極アセンブリのシリコン表面の形態の変化ならびに電極アセンブリのシリコン表面の汚染に起因する。
【０００６】
非連続ポリマー堆積物は、酸化シリコンや低ｋ誘電体材料層など、半導体基板上の誘電材料をエッチングするための主エッチング工程中に、プラズマ露出表面、たとえばシリコン上方電極の底面上に形成することがある。ポリマー堆積物は一般に、その下にある表面をエッチングから選択的に保護する３次元の島状の形成物を形成する。針状の形成物が形成されると、次いで針先端部にポリマー堆積物が優先的に形成され、それにより連続する基板の主エッチング工程中のマイクロマスキング機構およびブラックシリコン伝搬が加速される。マイクロマスキングされた（１つまたは複数の）表面領域の不均一な異方性エッチングの結果、間隔の詰まった針状またはロッド状のフィーチャが表面上に形成される。これらのフィーチャはシリコン表面の変更された領域から光が反射するのを防ぐことができ、そのため、それらの領域は黒く見える。針状のマイクロフィーチャは間隔が詰まっており、一般に約１０ｎｍ（０．０１μｍ）〜約５０，０００ｎｍ（５０μｍ）の長さを有することがあり（場合によっては約１ｍｍまたはそれ以上もの長さを有することがあり）、約１０ｎｍ〜約５０μｍの幅を有することがある。
【０００７】
処理ウィンドウのエッチング速度およびエッチング均一性は、電極アセンブリのシリコン表面を洗浄することによって許容できるレベルまで回復できる。下記のように、電極アセンブリのバッキング部材および／または結合材に損傷を与えることを回避するために、バッキング部材および／または結合材は洗浄液に接触しないことが好ましい。
【０００８】
誘電エッチングシステム（たとえば、Ｌａｍ  ２３００  Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）、Ｌａｍ  Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰＴ、およびＬａｍ  ２３００  Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）Ｆｌｅｘ（商標））は、ガス出口を含むシリコンシャワーヘッド電極アセンブリを含むことができる。全体が参照により本明細書に組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許第６，３７６，３８５号に開示されているように、単一のウエハなど半導体基板の処理が実施できるプラズマ反応チャンバ用の電極アセンブリは、たとえば黒鉛またはアルミニウムでできたバッキング部材またはリングと、円形ディスクの形状のシリコンシャワーヘッド電極などの電極と、バッキング部材と電極との間のエラストマージョイントとを含むことができる。エラストマージョイントは、バッキング部材と電極との間の移動を可能にし、電極アセンブリの温度循環の結果としての熱膨張を補償する。エラストマージョイントは、電気伝導性および／または熱伝導性フィラー、ならびに高温において安定な触媒硬化ポリマーを含むことができる。たとえば、エラストマージョイントの結合材（たとえば、シリコン含有結合材）はシリコーンおよびアルミニウム合金粉末フィラーを含むことができる。
【０００９】
さらに、電極アセンブリは、内部電極を囲み、誘電材料のリングによって内部電極から随意に分離される外部電極リングまたは部材を備えることができる。外部電極部材は、３００ｍｍのウエハなど、より大きいウエハを処理するために単結晶シリコン電極を延長するために有用である。内部電極と同様に、外部電極部材は、好ましくはバッキング部材を備え、たとえば、外部リングは、外部電極部材がエラストマー結合できる、電気的に接地されたリングを備えることができる。内部電極および／または外部電極部材のバッキング部材は、容量結合プラズマ処理ツールに取り付けるための取付け孔を有することができる。電極アセンブリ汚染物を最小限に抑えるために、内部電極も外部電極部材も単結晶シリコンからなることが好ましい。外部電極部材は、環状構成に配置された単結晶シリコンのいくつかのセグメント（たとえば、６つのセグメント）からなり、セグメントの各々はバッキング部材に結合される（たとえば、エラストマー結合される）。さらに、環状構成の隣接するセグメントが重なり、隣接するセグメント間に間隙またはジョイントがあってもよい。
【００１０】
電極アセンブリのシリコン表面に塗布すべき洗浄液は、不純物を溶解させるために、様々な反応性化学物質、たとえばフッ化水素酸などの酸を含む。特に、全体が参照により本明細書に組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許出願公開第２００６／０１３８０８１号、第２００６／０１４１７８７号、および第２００６／０１４１８０２号には、電極アセンブリのシリコン表面を洗浄するための酸性洗浄液が開示されている。
【００１１】
洗浄液は、シリコン表面にのみ接触する１つまたは複数のローラを使用してシリコン表面に洗浄液を塗布することと、シリコン表面に洗浄液を塗布しながらバッキング部材のガスホールを加圧することと、毛管作用により洗浄液がシリコン表面にあって結合材および／またはバッキング部材に接触するガスホールに引き込まれる前に洗浄液が蒸発するようにシリコン表面に一定量の洗浄液を塗布することと、前記バッキング部材および／または結合材に腐食防止剤を塗布することと、（ｅ）それらの組合せとによって、バッキング部材および／または結合材に損傷を与えることが防止される。
【００１２】
一実施形態では、図１に示すように、バッキング部材８０または結合材９０に接触しないローラ３０、４０、５０、６０、７０を使用して電極アセンブリのシリコン表面２０に洗浄液１０を塗布する場合、シリコン表面２０に接触するローラ３０、４０、５０、６０、７０を使用してシリコン表面２０に洗浄液１０を塗布する間、電極アセンブリは、好ましくはシリコン表面２０を下方に向けて配向され、シリコン表面２０は、ローラ３０、４０、５０、６０、７０上の洗浄液１０の上面の上方に支持され、ローラ３０、４０、５０、６０、７０の反対側は、洗浄液１０に接触するかまたは洗浄液に部分的に浸される。ローラは、好ましくは、酸に対して薬品耐性のあるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）および／またはポリビニルアルコールなど、耐薬品性材料で被覆および／または製造される。
【００１３】
別の実施形態では、図２に示すように、バッキング部材８０は、シリコン表面２０に洗浄液１０を塗布する間に加圧１００されうる。特に、電極アセンブリのバッキング部材８０およびシリコン表面２０を通るガスホールは、シリコン表面２０に洗浄液１０を塗布する間に加圧される。より詳細には、本方法は、ガス入口を有するカバーを備える固定具中にアセンブリを支持することと、バッキング部材の裏面の上方およびカバーの底部の下方に気密領域を設けるためにアセンブリ上にカバーを密封することと、シリコン表面に洗浄液を塗布する間、バッキング部材のガスホールを加圧するためにガス入口を通して気密領域にガスを供給することとを含むことができる。
【００１４】
バッキング部材８０のガスホールは、好ましくは、ガス供給源１００によって空気および／または窒素を用いて、たとえば約１〜１０立方フィート毎分（ＣＦＭ）の圧力で加圧される。図２に示すように、十分な圧力１００を加えて、シリコン表面２０のガスホールに洗浄液１０を引き込む毛管作用を相殺することができる。代替として、ガスがバッキング部材のガスホールに入り、電極アセンブリのシリコン表面のガスホールから出るように、安定したガスの流れを電極アセンブリのガスホールを通して完全に吹き付けて、シリコン表面のガスホールに洗浄液が引き込まれることを防止することができる。好ましくは、電極アセンブリのシリコン表面２０を洗浄液１０中に浸漬するかまたは静止させるのとは反対に、洗浄液１０は、たとえば洗浄液で濡らされたワイプを使用してワイピングすることによってシリコン表面２０に塗布される。
【００１５】
さらなる実施形態では、毛管作用により洗浄液がシリコン表面のガスホールに引き込まれる前に、シリコン表面に塗布された量の洗浄液（たとえば、イソプロピルアルコール、エチルアルコール、または他の好適な溶剤）が蒸発するように、好ましくはワイピングによってシリコン表面に塗布される洗浄液の量を制限することができる。たとえば、制限された量の洗浄液で濡らされたワイプをシリコン表面上でワイピングすることができる。
【００１６】
さらに別の実施形態では、バッキング部材および／または結合材に腐食防止剤を塗布することができる。たとえば、腐食防止剤は、好ましくはバッキングプレート（たとえば、アルミニウムのバッキングプレート）に結合し、洗浄液がバッキングプレートの表面およびバッキングプレートのガスホールの内側と反応することを防止する。腐食防止剤は、好ましくは、バニリン、アモキシシリン、ペンチロキシシリン（ｐｅｎｔｙｌｏｘｉｃｉｌｌｉｎ）、ジシアンジアミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
【００１７】
アルミニウム減量試験をバニリンを用いて行った。最初に、０．２９９６ｇのアルミニウムクーポン試料を、８５ｍｌのＨ２Ｏおよび１５ｍｌ  ３７％のＨＣｌの溶液に１時間浸漬し、吹き付け乾燥し、次いで計量した。浸漬後、アルミニウムクーポン試料の重さは０．０６２１ｇであった。このことは酸浴槽が７９．３％の減量を生じたことを意味する。次に、４ｇのバニリンを８５ｍｌのＨ２Ｏに溶解し、次いで１５ｍｌ  ３７％のＨＣｌを溶液に混合した。０．２７５５ｇのアルミニウムクーポン試料を溶液に１時間浸漬し、吹き付け乾燥し、次いで計量した。浸漬後、アルミニウムクーポン試料の重さは０．２５１４ｇであった。このことはバニリンを含有する酸浴槽がわずか８．７％の減量を生じたことを意味する。酸性溶液に腐食防止剤を入れたアルミニウム減量試験とは対照的に、好ましくは、別の工程で、シリコン表面に洗浄液を塗布するより前にバッキング部材および／または結合材に腐食防止剤を塗布することによって、洗浄液は、結合電極アセンブリのバッキング部材および／または結合材に損傷を与えることを防止される。
【００１８】
電極アセンブリのシリコン表面上に洗浄液をワイピングする場合、好ましくは、電極アセンブリのシリコン表面のみが洗浄液に接触することによって、およびシリコン表面を洗浄する間、電極アセンブリのシリコン表面が下方を向いて支持されることを可能にする固定具によって、洗浄液のバッキング部材または結合材との偶発的な接触は回避される。洗浄すべき電極アセンブリに合わせてサイズ決定された固定具は、丈夫な基部、および作業台表面の上方に電極アセンブリを持ち上げる３つ以上の支持部材を有し、下方を向いた電極アセンブリの表面の洗浄を可能にする。支持部材および基部は、好ましくは、酸に対して薬品耐性のあるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）など、耐薬品性材料で被覆および／または製造される。
【００１９】
電極アセンブリのシリコン表面が下方を向いて支持された状態で、シリコン表面に塗布された余分の洗浄液は、バッキング部材または結合材に流れるのとは反対に、シリコン表面から滴下した後に収集できる。バッキング部材および結合材は、洗浄液に接触した場合、好ましくは直ちに脱イオン水で洗浄される。さらに、露出した電極アセンブリ結合材は、洗浄液で洗浄するより前にマスキング材料および／または耐薬品性テープで覆うことによって保護できる。
【００２０】
洗浄液とバッキング部材または結合材との偶発的な接触を補償する追加の手段は、電極アセンブリを脱イオン水ですすぐことと、脱イオン水で超音波洗浄することと、電極アセンブリを乾燥させることとを含む。電極アセンブリがシリコン表面を下方に向けて固定具中に支持された状態で、電極アセンブリは、好ましくはバッキング部材からシリコン表面まで脱イオン水ですすがれる。存在する場合、ガスホールも好ましくは脱イオン水ですすがれ、脱イオン水は、バッキング部材のガスホールに入り、電極アセンブリのシリコン表面のガスホールから出て、電極アセンブリはシリコン表面を下方に向けて固定具中に支持される。同様に、電極アセンブリがシリコン表面を下方に向けて固定具中に支持された状態で、電極アセンブリは、好ましくは、バッキング部材からシリコン表面まで吹き付けられる、圧縮され濾過された窒素ガスを使用して乾燥される。存在する場合、ガスホールも、好ましくは、圧縮され濾過された窒素ガスを使用して乾燥され、ガスは、バッキング部材のガスホールに入り、電極アセンブリのシリコン表面のガスホールから出るように吹き付けられ、電極アセンブリはシリコン表面を下方に向けて固定具中に支持される。最後に、電極アセンブリは、最終検査およびパッケージングより前にオーブンで焼かれることが好ましい。
【００２１】
洗浄された電極アセンブリが製品規格に準拠していることを保証するために、電極アセンブリは好ましくは洗浄後に検査される。検査は、たとえば、寸法（たとえば、厚さ）、表面粗さ（Ｒａ、たとえば、１６μインチ以下、好ましくは８μインチ以下）、表面清浄度（誘導結合プラズマ質量分析法）、たとえば、ＱＩＩＩ（登録商標）＋  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（表面粒子検出器）（Ｐｅｎｔａｇｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ、ＣＡ）によって測定される表面粒子数、表面形態（たとえば、走査型電子顕微鏡検査法（ＳＥＭ）による）、ならびにブラックシリコンピットの大きさおよびエッチング深さを測定することを含むことができる。さらに、回復された電極アセンブリが許容できるエッチング速度およびエッチング均一性を示すことを保証するために、回復された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバの性能が好ましくはテストされる。
【００２２】
本明細書では、特にエラストマー結合プラズマ処理チャンバ構成要素、より詳細には、エラストマー結合電極アセンブリに言及したが、本開示の方法は、全般的に、構成要素の他の領域または表面がそれに敏感である溶液（たとえば、酸性溶液）で洗浄すべき表面を含む任意の構成要素（たとえば、静電チャック）に適用可能である。
【００２３】
様々な実施形態について説明したが、当業者には明らかなように、変形および変更を行うことができることを理解されたい。そのような変形および変更は、本明細書に添付の特許請求の範囲内と考えるべきである。
【図１】
2010524206.tif 000003
【図２】
2010524206.tif 000004
【国際調査報告】
2010524206.tif 000005
2010524206.tif 000006