(57)【要約】【課題】  本発明は、反応性ガスをチャンバに供給しチャンバ圧力を生じたチャンバ内で加工物を処理する方法および装置を提供する。【解決手段】  反応性ガスをチャンバに供給しチャンバ圧力を生じたチャンバ内で加工物を処理する方法は、第１の面を反応性ガスにさらすようにチャンバ内の支持具上に加工物を配置するステップと、支持具と加工物の第２の面との間に非反応性ガスを供給するステップと、加工物の厚さにわたるガス差圧を制御するステップとを有する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性ガスをチャンバに供給しチャンバ圧力を生じたチャンバ内で加工物を処理する方法において、
第１の面を反応性ガスにさらすように前記チャンバ内の支持具上に前記加工物を配置するステップと、
前記支持具と前記加工物の第２の面との間に非反応性ガスを供給するステップと、
前記加工物の厚さにわたるガス圧力差を制御するステップと、を有する方法。
【請求項２】
非反応性ガスの圧力が、常にチャンバ内の圧力より大きいが作業者により決定された限度を越えないように、前記ガス圧力差は制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガス圧力差を制御するステップは、チャンバ圧力を監視するステップと、非反応性ガス圧力を監視するステップと、チャンバ圧力の変化に応じて非反応性ガス圧力を調整するステップと、を有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ガス圧力差が、加工物の加工物支持具への取付け圧力を越えないように防止される、加工物を処理する方法。
【請求項５】
前記ガス圧力差を制御するステップは、前記加工物の処理の度合に応じてなされる、請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ガス圧力差は、約１３０Ｐａから約４ｋＰａの範囲内である、請求項１から請求項５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス圧力差を制御するステップは、処理パラメータを監視するステップと、該パラメータによって非反応性ガス圧力を調整するステップと、を有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記処理パラメータは、処理中の経過時間と、チャンバ圧力と、非反応性ガスの流量と、前記加工物の温度または処理終点監視装置の出力との少なくとも１つである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス圧力差を制御するステップは、非反応性ガスの流量を所定の正の値または正の値の所定範囲内に維持するステップを有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記非反応性ガスの流量は、約０．１ｓｃｃｍから約１０ｓｃｃｍの範囲内で制御される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス圧力差を制御するステップは、処理パラメータによって前記非反応性ガスの流量を制御するステップを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理パラメータが、処理中の経過時間と、チャンバ圧力と、前記非反応性ガスの流量と、前記加工物の温度または処理終点監視装置の出力との少なくとも１つである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャンバ内の最大圧力は、約１３０Ｐａより大きく６５ｋＰａ以下の範囲内である、請求項１から請求項１２のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１４】
前記チャンバ内の最大圧力は、約１．３ｋＰａより大きく約１３ｋＰａ以下の範囲内である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記非反応性ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンまたは窒素または水素の１つかそれ以上のものである、請求項１から請求項１４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１６】
前記非反応性ガスは、前記加工物と前記支持具との間の熱を交換する媒体の役目を果たす、請求項１から請求項１５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１７】
前記加工物の支持具の温度が制御される、請求項１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１８】
加工物を処理する装置において、
処理空間を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記処理空間に面した支持面を備える加工物支持具と、
前記処理空間への反応性ガス入口と、
前記支持面への非反応性ガス入口と、
請求項１から請求項１７のいずれか一つの請求項に記載の方法によって前記装置を制御する制御システムと、を有する装置。
【請求項１９】
前記加工物を前記支持具にクランプする手段を有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記支持具は、静電チャックを組み込んでいる、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記支持面の横方向長さは、前記加工物の対応する呼び寸法以上である、請求項１８から請求項２０のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項２２】
さらに、前記支持面のうちで使用中に加工物が載る部分から前記処理空間を分離するシールを有する、請求項１８から請求項２１のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項２３】
前記シールは、前記支持面のラップ加工、研磨またはラッピング、またはフレキシブルシールまたはＯリングを有し、或いはそれによって構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記支持面のうちで使用中に加工物が載る部分に形成され、該部分の外周から一定の半径方向距離だけ内側にあるガス流通溝を有する、請求項１８から請求項２３のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性ガスをチャンバ(chamber)に供給しチャンバ圧力を生じたチャンバ内で加工物を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子(semi-conductor devices)の製造の分野とマイクロマシニング処理（micro-machining processes)との両方において、処理チャンバ内に圧力をもたらす反応性ガスに加工物をさらすことは知られている。発生する幾つかの反応の中には、発熱を伴い加工物を加熱するものがあり、また加工物はイオン衝撃（ion bombardment)のような関連処理によって加熱されることもある。このため、加工物の裏側にヘリウムガスを流して加工物を冷却することが知られており、また追加的または代替的に、このような非反応性ガスは、加工物の裏面をパージ(purge)し反応性ガスによる攻撃（例えば侵蝕）を止めるべく、使用されうる。
【０００３】
本発明の１つの態様は、反応性ガスをチャンバに供給しチャンバ圧力を生じたチャンバ内で加工物を処理する方法であって、その方法は、
第１の面を反応性ガスにさらすようにチャンバ内の支持具上に加工物を配置するステップと、
支持具と加工物の第２の面との間に非反応性ガスを供給するステップと、
加工物の厚さにわたるガス圧力差を制御するステップと、を有する。
【０００４】
本出願人の認識によれば、従来技術の手順あるいは方法には、チャンバ圧力の変化を考慮していないという欠点があった。このため、加工物の縁の周囲で圧力勾配が逆転し、反応性ガスが加工物の裏側に流れ込むこと、及び／または、例えば反応性ガス処理によって加工物に薄膜を形成する加工物にわたる圧力勾配の突然の変化が、素子のウェハ(wafer)全体を破壊することがある。
【０００５】
従来技術の方法では、チャンバ圧力の変化を通じて、最大圧力差が、通常１０Ｐａ台の下向きの圧力を作用させる加工物の重量を越えることがあるので、常に正の圧力差を保証するのに十分なだけ非反応性ガスの圧力を増大するのは必ずしも可能ではない。このため、加工物は加工物支持具から浮き上がることがあり、また、これを防止するために追加のクランプ手段（取付け手段）を使用する場合、最大圧力差はクランプ圧力（取付け圧力）を越えることは許されることはなく、クランプ圧力は、絶縁破壊の危険があるため、静電チャック（electrostatic  chuck）の場合通常４ｋＰａに制限される。
【０００６】
この状況は、加工物１が処理チャンバ３内の加工物支持具２の上に載っている従来技術の構成を示す図１を参照して適切に例示することができる。反応性ガスは９から導入して１０から排出することができ、冷却用非反応性ガスは弁１３を通して導入されうる。
【０００７】
図２（ａ）および図２（ｂ）を参照すると、非反応性ガスが、ほぼ一定の圧力に維持されていることが解る。図２（ａ）に示すグラフでは、チャンバ圧力は非反応性ガス圧力よりも低いこともあり、その場合には反応性ガスは加工物の裏側に入らないが、処理中にチャンバ圧力が非反応性ガス圧力を越えることもあり、その場合には上記で言及した負の圧力勾配（例えば、反応性ガスが加工物の裏側に流れ込む可能性がある圧力勾配）につながる。図２（ｂ）では、非反応性ガス圧力がチャンバ圧力に対して相対的に高く、処理中のチャンバ圧力の変化によって加工物にわたる圧力降下がかなり変化する結果、圧力差が加工物を加工物支持具にクランプする（取付けする）圧力を越えたり、処理が終了に向かうにつれて膜が破壊されたりすることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の装置で起こっていることを新たに認識したことによって、本出願人は、加工物にわたるガス圧力差を制御することとし、その結果、以下に示すように、上記の欠点を排除する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、１つの実施形態では、非反応性ガスの圧力がチャンバ内の圧力よりも大きくなるように圧力差を制御する。圧力差を制御するステップは、チャンバ圧力を監視するステップと、非反応性ガス圧力を監視するステップと、チャンバ圧力の変化に応じて非反応性ガス圧力を調整するステップとを有する。追加的または代替的に、圧力差を制御するステップは、加工物の処理の度合に応じてなされてもよい。すなわち、例えば、経時的なチャンバ圧力変化プロファイルが既知である場合、適切な時間ベースの調整を実際の監視に置き換えることができる。好適には、圧力差は約１３０Ｐａから約４ｋＰａの範囲内である。
【００１０】
最大チャンバ圧力は、好適には約１３０Ｐａから６５ｋＰａ以下の範囲内である。更に好適には、最大チャンバ圧力は約１．３ｋＰａから１３ｋＰａ以下の範囲内である。
【００１１】
こうした何れかの構成では、制御ステップ（圧力差を制御するステップ）は、処理パラメータを監視するステップと、該パラメータによって非反応性ガス圧力を調整するステップとを有する。処理パラメータは、処理中の経過時間と、チャンバ圧力と、非反応性ガスの流量と、加工物の温度または処理終点監視装置の出力との少なくとも１つでよい。
【００１２】
さらに別の実施形態では、制御ステップ（圧力差を制御するステップ）は、非反応性ガスの流量を所定の正の値または正の値の所定範囲内に維持するステップを有する。例えば、非反応性ガスの流量は約０．１ｓｃｃｍから約１０ｓｃｃｍの範囲内に制御される。非反応性ガスの流量は、処理パラメータによって制御されてもよく、該処理パラメータは、処理中の経過時間と、チャンバ圧力と、非反応性ガスの流量と、加工物の温度または処理終点監視装置の出力との少なくとも１つでよい。
【００１３】
非反応性ガスは、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンまたは窒素といった１つかそれ以上の不活性ガスでよく、必要とされる化学的性質によっては例えば水素でもよい。
【００１４】
非反応性ガスは、加工物と支持具との間の熱を交換する媒体すなわち熱交換媒体の構成要素とされてもよい。加工物支持具の温度が制御されてもよい。
【００１５】
本発明の別の態様は、加工物を処理する装置であって、その装置は、処理空間を有するチャンバと、チャンバ内に配置され処理空間に面した支持面を備える加工物支持具と、処理空間への反応性ガス入口と、支持面への非反応性ガス入口と、上記に記載の方法によって装置を制御する制御システムとを有する。
【００１６】
本装置は、加工物を支持具にクランプする手段を有してもよく、支持具は静電チャックを有してもよい。支持面の横方向長さは加工物の対応する呼び寸法以上でもよく、装置はさらに、支持面のうち、使用中に加工物が載る部分から処理空間を分離するシールを有してもよい。該シールは一つでも複数でもよい。シールは、支持面のラップ加工（lapping）、研磨またはディッシング（dishing；皿形成形）、またはフレキシブルシールまたはＯリングを含むかまたはそれによって構成されるものでもよい。支持面のうち、使用中に加工物が載る部分に、該部分の外周から一定の半径方向距離だけ内側にガス流通溝を形成してもよい。
【００１７】
本発明を上記に説明したが、本発明は上記または以下の説明に記載の特徴の任意の発明の組み合わせを含んでもよいことは理解されるべきである。
【００１８】
本発明は様々な方法で実行されうるものであり、特定の実施形態を添付の図面に関連して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１の従来技術の装置はすでに上記で説明した。図３は、本出願人の発明の１つのアプローチを組み込んだ装置の実施形態を例示する。ここでは、チャンバ圧力計１１が図１の装置に追加されていることが理解される。これは線路１２上に制御信号をもたらし、この信号を使用して非反応性ガス圧力弁１３を制御する。この最も単純化したバージョン（形態）では、１３を通るガス流はチャンバ圧力により直接的に変化するので、図４に示すように、加工物１の下の非反応性ガス圧力が実質的にチャンバ圧力に追従することをもたらし、よって、圧力差は所定範囲内に維持される。これは、ある一定の頻度でチャンバ圧力を測定し、加工物の下の圧力が所定の量及び／またはプログラム可能な量だけチャンバ圧力を越えるようにするための設定点としてこれらの測定値を使用することによって実行されてもよい。また、ガスコンダクタンス（gas  conductance）が低いと、任意の圧力測定装置と加工物のすぐ背後（すぐ下）の空間との間に圧力差があることが理解される。このことを考慮したオフセット（埋め合わせ）が使用されてもよい。大部分の目的では、このような非反応性ガスの設定圧力の制御だけで十分であるが、加工物支持具の下の圧力を直接監視し、両方の圧力計出力信号を比較器に提供し、該比較器が弁１３に対する制御信号を提供するという別のアプローチもありうることが理解されるだろう。追加的または代替的に、非反応性ガスの流量は、チャンバ圧力の測定値を利用せず直接制御されてもよい。追加的または代替的に、経過時間、チャンバ圧力、非反応性ガスの流量、加工物の温度または処理終点監視装置（process  end  point  monitoring  device）の出力といった処理パラメータを監視することによって制御を達成することができる。個々の処理のチャンバ圧力プロファイルは実質的に反復可能なので、多くの場合、弁１３を通した流量を経時的に変化させることによって、図４に示したような圧力差を達成してもよい。
【００２０】
ヘリウムは、高い拡散率と高い熱伝導率との両方を有し、加工物１と加工物支持具２との間の有効な熱伝導媒体の役目を果たすことができるため、一般に好適な非反応性ガスである。しかし、加工物の材料またはエッチングガス（etchant  gas）と化学的に相互作用せず、加工物への材料の堆積あるいは沈殿（沈積）等をもたらさないいずれのガスも非反応性ガスとして選択しうることは認識されるだろう。
【００２１】
また、加工物支持面１４が少なくとも加工物支持具に等しい横方向寸法を有し、加工物１と支持具２とが加工物の裏面の全周に沿って互いに近接することが好ましい。図５では、加工物支持具２の外周に隣接してそのすぐ内側に延び、外周部で支持具２と加工物１との間の間隙へのガスの良好な供給を確実にするガス流通溝７が提供されていることに注意されたい。また、このことは、処理チャンバへのガスの外向きの流れが加工物の外周上の全ての場所で本質的に均一であることを確実にする助けとなる。好都合には、供給チャネル５は、加工物支持具２中の放射状のチャネルによって溝７に接続される。代わりの構造として、これらのチャネルはガス流通システムを構成してもよく、何れの場合でも、加工物持ち上げ機構はガス流通チャネルと一体化されうる。
【００２２】
本発明はこれに制限されることはなく、多孔性の層および構成部品間の間隔によって形成されたチャネルを含む任意のガス・チャネルあるいはガス流通が使用されてもよい。
【００２３】
図６に示されるように、加工物１と加工物支持具２との間の範囲の縁でのガスシールを向上する追加手段が講じられてもよい。該追加手段は、加工物１と加工物支持具２との間の空間に反応性ガスが侵入するのをさらに制限し、反応チャンバへの非反応性ガスの必要な漏れを減少させる。シールを向上すべく、面１４のラップ加工または研磨、フレキシブルシール材料またはＯリング（１５）の導入、または、以下説明するクランプ手段と併用する、加工物支持具と加工物との間の接触圧を加工物の縁付近に集中させる加工物支持具の表面のディッシングの何れか１つまたはそれ以上のものを含んでもよい。
【００２４】
ウェハ１は支持具２に機械的にクランプされてもよいが、好適には支持具２は静電チャック（electrostatic  chuck）の形態をなす。該チャックは当該技術分野で知られている温度制御機能を有してもよく、また、非反応性ガスは加工物の温度の制御を可能にする熱伝導媒体としての追加機能を果たしてもよいことは認識されうる。
【００２５】
好適な圧力差は、少なくとも、ガスの安定した流れを確実にする約１３０Ｐａから、静電チャックの場合の加工物と加工物支持具との間のクランプの障害が一般に予想される圧力となる４ｋＰａ以下までの範囲内にあると考えられる。この正確な範囲は、設定と達成されるクランプの効率あるいは有効度とによって変化する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術の構成の概略図である。
【図２（ａ）】図１の装置内でありうる圧力変動のグラフを示す図である。
【図２（ｂ）】図１の装置内でありうる圧力変動のグラフを示す一つの図である。
【図３】本発明の実施形態の概略図である。
【図４】図３の装置内の圧力変動を示す図である。
【図５】加工物が設置された、図３の装置の加工物支持具の拡大概略図である。
【図６】加工物とシールとを備える図３の装置の加工物支持具の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    加工物
２    支持具（加工物支持具）
３    チャンバ
１１    チャンバ圧力計
１３    弁
【図１】
2005175469.tif 000003
【図２（ａ）】
2005175469.tif 000004
【図２（ｂ）】
2005175469.tif 000005
【図３】
2005175469.tif 000006
【図４】
2005175469.tif 000007
【図５】
2005175469.tif 000008
【図６】
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