(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバを画定するハウジングと、
前記処理チャンバ内での基板処理の間に基板を支持するための基板支持体と、
遠隔プラズマ発生器と、
第１ガス管路と、
第２ガス管路と、
第１ガス用の第１ガス供給源と、
第２ガス用の第２ガス供給源と、
第３ガス用の第３ガス供給源であって、前記第２ガス管路に連結されて前記第３ガスを前記処理チャンバに流す、前記第３ガス供給源と、
第１工程の間に、前記第１ガス供給源を前記第１ガス管路と連結して、前記第１ガスを前記第１ガス管路及び前記遠隔プラズマ発生器を通して前記処理チャンバに流し、第２工程において、前記第２ガス供給源を前記第１ガス管路と連結して、前記第２ガスを前記第１ガス管路を通して前記遠隔プラズマ発生器を迂回して前記処理チャンバに流す、連結手段と、
前記第２及び前記第３ガスを前記処理チャンバに流す前に前記第２ガス及び前記第３ガスを一緒に混合するための、混合手段と、
を含むことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記遠隔プラズマ発生器及び前記処理チャンバの間に流体連結された流路を有するセラミック絶縁体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理チャンバは、前記基板の上方に配置された複数の出口開口を有するガス分配マニホルドを含み、前記ガス分配マニホルドは前記セラミック絶縁体の前記流路と流体連結されることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記基板支持体のほぼ上方に配置された蓋を含み、前記遠隔プラズマ発生器が前記蓋の上に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第２ガス管路と連結された気化器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記遠隔プラズマ発生器中の圧力及び前記処理チャンバ中の圧力を制御するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記処理チャンバ中の圧力よりも高い前記遠隔プラズマ発生器中の圧力を実現するための指令を含むことを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記処理チャンバ中の圧力の少なくともおよそ１０倍である前記遠隔プラズマ発生器中の圧力を実現するための指令を含むことを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記処理チャンバ中の圧力の少なくともおよそ３０倍である前記遠隔プラズマ発生器中の圧力を実現するための指令を含むことを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、一般的に基板処理用の装置に関し、より詳細には、小型密閉式遠隔プラズマ発生器の基板処理装置との統合化に関する。
【背景技術】
【０００２】  集積回路のような半導体製品の製作は、シリコン・ウエハのような基板上に層を形成することをしばしば必要とする。層には異なる材料が含まれることがしばしばあるので、蒸着プロセスのための様々な技術がいままで開発されてきた。例えば、金属の層が蒸着されパターン化されて、導電性相互接続を形成することが可能であるか、または絶縁層が形成されて導電性の層を互いに電気的に絶縁することが可能であった。絶縁材料あるいはその他の材料の層を形成するために用いられてきた層形成プロセスの種類の中に化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスがある。【０００３】  ＣＶＤプロセスは、電磁エネルギーを少なくとも１つの前駆物質ガスまたは蒸気に作用させて前駆物質をより反応性のプラズマに変化させるプラズマ増強ＣＶＤ（“ＰＥＣＤ”）プロセスだけでなく、前駆物質ガスまたは蒸気が基板の加熱された表面に応じて反応する熱蒸着プロセスを含む。プラズマを形成することで薄膜を形成するのに必要とされる温度を下げることが可能になり、膜形成の速度を増大させるかまたは膜形成の速度を増大と温度を下げることが可能になる。従って、プラズマ増強プロセスが望ましい応用範囲は広い。【０００４】  基板上に層が形成されるとき、いくらかの物質が残渣として普通蒸着チャンバの壁面及び蒸着装置の他の構成部品に堆積する。残渣は堆積して微粒状汚染の発生源となり、ウエハの不合格の原因となる可能性があるので、チャンバの壁面上の物質は、一般に望ましくない。チャンバの内部から残渣を除去するためのいくつかの洗浄方法が今まで開発されてきている。“ウエット洗浄”として知られている１つの方法が、蒸着チャンバを部分的に分解して、表面を好適な洗浄液を用いて清拭することにより実施される。他の種類の洗浄方法は、プラズマを用いて残渣を、チャンバの排気装置から取り出すことができる揮発性の生成物に転換することで残渣を除去する。これらのプロセスは“ドライ”洗浄として知られている。【０００５】  ２つの一般的な種類のプラズマドライ洗浄プロセスがある。１方の種類は、処理チャンバの内部、つまり“その場で”プラズマを形成する。“その場で”のプラズマ洗浄の実例は、ＮＦ3及びＣ2Ｆ6ガスを用いてチャンバ内部の残渣を除去するために遊離フッ素を生成する。他方の種類は、遠隔プラズマ発生器中にプラズマを生成し、次いでイオンを処理チャンバ中に流す。かかる遠隔プラズマ洗浄プロセスは、“その場で”のプラズマ装置を備えていない蒸着装置にドライ洗浄機能を施すような幾つかの長所を備えている。さらに、遠隔プラズマ装置は、洗浄プラズマ前駆物質ガスまたは蒸気をプラズマに転換するのにより効率的である可能性があり、またチャンバの外部でプラズマを生成することで、プラズマ加熱及びスパッタ作用のようなプラズマ生成過程での潜在的に望ましくない副産物からチャンバの内部を保護する。遠隔プラズマ装置を用いることで、また過フッ化炭化水素（ＰＦＣ）排出も減少する。
一方、ＣＶＤ装置に適した遠隔プラズマ装置は、一般に高価でかつ嵩張るので非実用的であり経済的見地からして実現不可能である可能性がある。遠隔プラズマ発生器付きの現用のＣＶＤ装置を改造するには、費用と時間がかかるかなりの変更を必要とする可能性がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は、小型密閉式の低コストの遠隔プラズマ発生器の基板処理装置との統合化を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  特定の実施形態において、遠隔プラズマ発生器は、処理チャンバ内に配置された基板保持具の上部の処理チャンバの蓋に搭載される。ガス供給装置が設けられて、洗浄工程において洗浄プラズマ先駆物質を遠隔プラズマ発生器を通して処理チャンバに導き、洗浄プラズマ種を発生してチャンバを洗浄する。蒸着の間に、ガス供給装置は、遠隔プラズマ発生器を迂回しながら、１つあるいはそれ以上の処理ガスを処理チャンバ中に導く。混合デバイスが、洗浄工程の間に遠隔プラズマ発生器から処理チャンバへの洗浄プラズマ種のための短い直接の流路、及び蒸着プロセスの間に複数の処理ガスを混合するための長い混合流路をモータらす。統合化は、現用の処理チャンバに些細な変更をする必要があるだけで、最小限度の装置休止時間のうちに低コストでかかるチャンバを改造するのに特に適している。統合化すれば、充分に頑丈であるので異なるチャンバ構成に適応性がある。過フッ化炭化水素排出をかなり減少させるほかに、統合化された装置は、洗浄回数を減らすことで処理能力を高め、従って運転費用を低減する。統合化された装置は、“その場で”のプラズマ洗浄プロセスにより引き起こされるチャンバ内部への有害な影響を排除することでＣＶＤ装置の寿命を延ばすことも併せて可能になる。
【０００８】  本発明の態様によると、基板処理装置は、処理チャンバを画定するハウジング、及び処理チャンバ中での基板処理の間に基板を支持するための基板支持体を含む。装置は、入口及び出口を有する遠隔プラズマ発生器並びにガスを処理チャンバ中に導入するためのガス供給装置をさらに含む。ガス供給装置は、バルブ入口、第１バルブ出口及び第２バルブ出口を有する三方バルブを含む。三方バルブは、バルブ入口から第１バルブ出口への第１バルブ流路及びバルブ入口から第２バルブ出口への第２バルブ流路の間の流れを切り換えるのに調節可能である。第1入口流れ導管は、遠隔プラズマ発生器の出口及び処理チャンバの間に連結される。遠隔プラズマ導管は、三方バルブの第1バルブ出口及び遠隔プラズマ発生器の入口の間に連結される。第２入口流れ導管は、三方バルブの第2バルブ出口及び処理チャンバの間に連結される。
【０００９】  実施形態の中には、ガス供給装置が、処理チャンバと連結された第３入口流れ導管を含むものがある。ガス供給装置は、遠隔プラズマ発生器からのガス流れを第1入口流れ導管を通してチャンバへ導くための第１流路を有する混合ブロックを含む。混合ブロックは、第2入口流れ導管及び処理チャンバの間に連結された第2流路並びに第３入口流れ導管及び処理チャンバの間に連結された第３流路を含む。混合ブロック中の第２及び第３流路は、少なくとも部分的にオーバラップして多数の屈曲部を含み、第２及び第３入口流れ導管からの処理ガスを混合させる。
【００１０】  好ましい実施形態において、遠隔プラズマ発生器は、チャンバ中の基板支持体のほぼ上方に配置されたハウジングの蓋上に搭載される。セラミック絶縁体が、遠隔プラズマ発生器及び処理チャンバの間に連結され、遠隔プラズマ発生器及び処理チャンバの間のガス流れを促進する流路を含む。チャンバ中の“その場で”のプラズマプロセスの間に、処理ガスは、遠隔プラズマ発生器の方に逆流する可能性がある。一方の側面でのチャンバのＲＦが流れている構成部品及び他方の側面での遠隔プラズマ発生器をチャンバに取り付けるための接地された取付け金具との間に処理ガスが存在すれば、その領域に二次プラズマを生じる可能性がある。二次プラズマは、チャンバの内側のプラズマの不安定性を引き起こし、蒸着に悪影響を及ぼす可能性がある。セラミック絶縁体は、チャンバのＲＦが流れている構成部品を接地された取付け金具から絶縁し二次プラズマの生成を防止する。
【００１１】  本発明のなおもう１つの態様によると、基板処理装置は、処理チャンバを画定するハウジング、処理チャンバ中での基板処理の間に基板を支持するための基板支持体、及び遠隔プラズマ発生器を含む。この装置は、第１ガス管路、第２ガス管路、第１ガス用の第１ガス供給源、第２ガス用の第２ガス供給源、及び第３ガス用の第３ガス供給源をさらに含む。第１ガス供給源を第１ガス管路に連結するためのデバイスが設けられて、第１工程の間に第１ガスを第１ガス管路及び遠隔プラズマ発生器を通して処理チャンバに流す。第２工程の間に、このデバイスは、第２ガス供給源を第１ガス管路に連結し、第２ガスを第１ガス管路を通して遠隔プラズマ発生器を迂回して処理チャンバに流し、第３ガス供給源を第２ガス管路に連結し、第３ガスを処理チャンバ中に流し、また第２及び第３ガスを処理チャンバ中に流す前に第２ガス及び第３ガスを一緒に混合する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】Ｉ．例示的基板処理装置
本発明の方法が実行され得る１つの好適な基板処理装置が、ＣＶＤ装置１０の垂直断面図である図１Ａ及び図１Ｂに示され、ＣＶＤ装置１０はチャンバ壁面１５ａ及びチャンバ蓋組立体１５ｂを含む真空あるいは処理チャンバ１５を有するる。チャンバ壁面１５ａ及びチャンバ蓋組立体１５ｂは、図１Ｃ及び図１Ｄの分解斜視図に示される。
【００１３】 Ａ．処理チャンバ
ＣＶＤ装置１０は、処理チャンバ１５の内部の中央に置かれた加熱された受け台１２に載置されている基板（図示せず）に処理ガスを分散させるガス分配マニホルド１１を含む。加工処理の間、基板（例えば、半導体ウエハ）は、受け台１２の平坦な（またはやや凸状の）表面１２ａに置かれる。受け台１２は、下方の装填／取出位置（図１Ａに示される）及びマニホルド１１に接近して隣接する上方の加工処理位置（図１Ａに破線１４で示され、また図１Ｂに示される）の間を制御可能に移動できる。センタボード（図示せず）は、ウエハの位置に関する情報を得るためのセンサを含む。
【００１４】  蒸着ガス及びキャリアガスは、従来の平坦な円形のガス分配前面板１３ａの貫通孔１３ｂ（図１Ｄ）を通してチャンバ１５中に取り入れられる。より具体的に言えば、蒸着処理ガスは、（図１Ｂに矢印４０により示される）入口マニホルド１１を通して、従来の多孔の阻止プレート４２を通して、次いでガス分配前面板１３ａ中の孔１３ｂを通してチャンバ中に流れ込む。
【００１５】  マニホルド１１に到達する前に、蒸着ガス及びキャリアガスは、ガス源７からガス供給管路８（図１Ｂ）を通して混合装置９中に投入され、そこでそれらガスが混合されて、その後マニホルド１１に送られる。一般的に、各処理ガスの供給管路は、（ｉ）処理ガスのチャンバ中への流れを自動的にまたは手動で遮断するのに用いることができる幾つかの安全遮断弁（図示せず）、及び（ｉｉ）供給管路を通してのガスの流れを測定する質量流量制御装置（これも図示せず）とを含む。有毒なガスがプロセス中に用いられる場合には、幾つかの安全遮断弁は、従来の構成中の各ガス供給管路上に配置される。
【００１６】  ＣＶＤ装置１０において実行される蒸着プロセスは、熱プロセスまたはプラズマ増強プロセスのどちらかにすることが可能である。プラズマ増強プロセスにおいては、高周波（ＲＦ）電源４４が、ガス分配前面板１３ａ及び受け台１２の間の円筒形の領域内にプラズマを生成するために処理ガス混合気を励起するように、ガス分配前面板１３ａ及び受け台１２の間に電力を印加する。（この領域をここでは“反応領域”と呼ぶことにする。）プラズマの成分が作用して、受け台１２に支持される半導体ウエハの表面に所望の薄膜を蒸着させる。ＲＦ電源４４は、一般的に１３．５６MHｚの高域ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３６０ＫＨｚの低域ＲＦ周波数（ＲＦ２）で電力を供給し、真空チャンバ１５中に導入される反応する種の分解を促進する混合周波数のＲＦ電源である。熱プロセスおいては、ＲＦ電源４４は利用されないはずで、処理ガス混合気が熱的に反応して、抵抗で加熱されて反応のために熱エネルギーを供給する受け台１２に支持される半導体ウエハの表面に所望の薄膜を蒸着する。
【００１７】  プラズマ増強蒸着プロセスの間に、プラズマが、排気通路２３及び遮断弁２４を囲繞するチャンバボディー１５ａの壁面を含む処理チャンバ１５全体を加熱する。プラズマが作動していないかまたは熱蒸着プロセスの間である場合には、高温の流体が、処理チャンバ１５の壁面１５ａを通して循環されて、チャンバを高温に維持する。チャンバ１５の蓋組立体１５ｂ中のこれらの熱交換通路１８の1部分が、図１Ｂに示される。チャンバ壁面１５ａの残りの部分における通路は示されていない。チャンバ壁面１５ａを加熱するのに用いられる流体は、典型的な流体の種類、つまり、水をベースにしたエチレングリコールまたは油をベースにした伝熱流体を含む。この加熱（“熱交換”による加熱と呼ばれる）は、望ましくない反応生成物が凝縮するのを減少又は排除するのに効果的であり、プロセスを汚染する可能性がある処理ガスの揮発性の生成物及び他の汚染物質が、低温の真空通路の壁面に万一凝縮し、ガスが流れていない間に処理チャンバに移動して戻ってしまうようなことがある場合に、それらの排除を促進する。
【００１８】  反応副産物を含む層に蒸着していないガス混合気の残りの部分は、真空ポンプ（図示せず）によりチャンバ１５から排出される。具体的に言えば、ガスは反応領域を囲繞する環状のスロット形状のオリフィス１６を通して環状の排気プレナム１７中に排出される。環状のスロット１６及びプレナム１７は、チャンバの円筒形の側壁１５ａ（壁面の上部絶縁ライニング１９を含む）の上部及び円形のチャンバの蓋２０の底部の間の隙間により画定される。スロットオリフィス１６及びプレナム１７の３６０°の円形の対称性及び均一性は、ウエハに均一な薄膜を蒸着するようにウエハの全面に処理ガスの一均一な流れを得る上で重要である。
【００１９】  排気プレナム１７から、ガスは、排気プレナム１７の側方の延長部分の下を流れ、観察窓（図示せず）を通過して、下方に延びるガス通路２３を通って、真空の遮断弁２４（その本体が下方のチャンバ壁面１５ａと一体化している）を通過して、そして前方管路（図示せず）を介して外部の真空ポンプ（これも図示せず）に接続する排気出口２５中に流入する。
【００２０】  受け台１２のウエハ支持プラッタ（好ましくはアルミニウム、セラミックまたはその組合せ）は、平行な同心円の形状で２回全体を巻くように構成された埋め込まれた単一ループのヒータ要素を用いて抵抗加熱される。ヒータ要素の外側の部分が、支持プラッタの周辺に隣接しているのに対して、内側の部分は、より小さい半径を有する同心円の経路上にある。ヒータ要素の配線は受け台１２のステムを貫通する。
【００２１】  一般的に、チャンバライニング、ガス入口マニホルド前面板、及び様々な他の反応装置ハードウェアのいずれかあるいは全てが、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、またはセラミックのような材料から作られる。かかるＣＶＤ装置の実例が、Ｚｈａｏらに付与された「ＣＶＤ処理チャンバ」の名称の米国特許第５，５５８，７１７号に記載されている。この第５，５５８，７１７号特許は、本発明の譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．に譲渡されており、その全て本明細書に参考文献として組み込まれる。
【００２２】  ウエハが、ロボットブレード（図示せず）によりチャンバ１０の側面の装填／取出開口２６を通してチャンバ１５の本体中にまたそれから移送されるとき、モータ付きリフト機構３２（図１Ａ）が、ヒータ受け台組立体１２及びそのウエハリフトピン１２ｂを昇降する。モータ３２は、加工処理位置１４及び下方ウエハ装填位置の間で受け台１２を昇降する。供給管路８、ガス供給装置、絞り弁、ＲＦ電源４４、並びにチャンバ及び基板加熱装置に接続されたモータ、バルブまたは流れ制御装置は、そのうちの一部分のみが示される制御ライン３６を通してシステム制御装置３４（図１Ｂ）によりすべて制御される。制御装置３４は、光センサからのフィードバックに基づき、制御装置３４の制御下で適切なモータにより動かされる絞り弁やサセプタのような可動式機械組立体の位置を決定する。
【００２３】  図１Ｂに示される例示的な実施形態において、システム制御装置は、ハードディスクドライブ(メモリ３８)、フロッピディスクドライブ及びプロセッサ３７を含む。プロセッサは、シングルボード・コンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びディジタル入力／出力ボード、インタフェースボード並びにステッパモータ制御ボードを含む。ＣＶＤ装置１０の様々な部品は、ボード、カードケージ、及びコネクタ寸法並びに型式を規定する「Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）標準」に適合する。ＶＭＥ標準は、またバス構造を１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するものとして規定する。
【００２４】  システム制御装置３４は、ＣＶＤ機械の作動の全てを制御する。システム制御装置は、メモリ３８のようなコンピュータで読み取り可能な媒体に記憶されるコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ３８はハードディスクドライブであることが好ましいが、、メモリ３８は他の種類の記憶装置にすることも可能である。コンピュータプログラムは、タイミング、ガス混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置及び特定のプロセスのパラメータを命じる指令の集合を含む。例えば、フレキシブルディスクまたは他の１つの適当なドライブを含む、他のメモリ素子に記憶された他のコンピュータプログラムもまた制御装置３４を作動するのに用いることが可能である。
【００２５】  薄膜を基板に蒸着するためのプロセスまたはチャンバ１５を洗浄するためのプロセスは、制御装置３４により実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実行することができる。コンピュータプログラムコードは、従来のコンピュータで読み取り可能ないずれかのプログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ，Ｃ＋＋，パスカル、フォートランまたは別の言語でも書くことが可能である。好適なプログラムコードが、従来のテキストエディタを用いて、単一ファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータの記憶装置のようなコンピュータに使用可能な媒体に記憶されるかまたは具体化される。入力されたコードテキストが高レベル言語である場合には、そのコードはコンパイルされ、結果として生じるコンパイラコードは、次ぎにプリコンパイルされたＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンの目的コードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされた目的コードを実行するために、システムユーザは、目的コードを呼び出し、コンピュータシステムにそのコードをメモリ中にロードさせる。次いで、中央処理装置（ＣＰＵ）が、コードを読み取って実行し、プログラム中に特定されるタスクを実行する。
【００２６】  ユーザと制御装置３４との間のインターフェースは、1つあるいはそれ以上のチャンバを含むことができる基板処理装置におけるシステムモニタ及びＣＶＤ装置１０の簡略ダイアグラムである図１Ｅに示されるＣＲＴモニタ５０ａ及びライトペン５０ｂによるものである。この好ましい実施形態においては、２台のモニタ５０ａが用いられて、1台は操作者用にクリーンルームの壁面に、他の1台は修理技術者用に壁面の後ろに置かれる。モニタ５０ａは同じ情報を同時にディスプレイするが、ライトペン５０ｂは1本しか使用可能にされない。ライトペン５０ｂの先端の光センサは、ＣＲＴディスプレイにより発射される光を検知する。特定の画面または機能を選ぶためには、操作者はディスプレイ画面の指定された領域をタッチし、ペン５０ｂ上のボタンを押す。タッチされた領域は、それの強調表示された色が変化するかまたは新しいメニュか画面がディスプレイされて、ライトペン及びディスプレイ画面の間の情報伝達を確認する。キーボード、マウスまたは他の位置決め装置あるいは通信デバイスのような他のデバイスを、ライトペン５０ｂの代わりまたはそれに加えて用いることができて、ユーザは制御装置３４と通信することが可能になる。
【００２７】 Ｂ．遠隔プラズマ発生器の統合化
図１Ａ及び図２は、ガス分配前面板１３ａ及びガス分配マニホルド１１を含む処理チャンバ１５の蓋組立体１５ｂに搭載された遠隔プラズマ発生器６０を示す。取付けアダプタ６４が、図１Ａ及び図３に最もよく見られるように、遠隔プラズマ発生器６０を蓋組立体１５ｂ上に搭載する。アダプタ６４は一般に金属で作られる。混合デバイス７０は、ガス分配マニホルド１１（図１Ａ）の上流側に連結される。混合デバイス７０は、処理ガス（図３）を混合するために混合ブロック７６のスロット７４の内側に配置された混合インサート７２を含む。セラミック絶縁体６６が、取付けアダプタ６４及び混合デバイス７０（図１Ａ及び図３）の間に置かれる。セラミック絶縁体６６は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）（純度９９％の）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）または類似のもののようなセラミック材料で作られる。取り付けられた場合、混合デバイス７０及びセラミック絶縁体６６は、蓋組立体１５ｂの１部分を形成する。絶縁体６６は、金属アダプタ６４を混合デバイス７０及びガス分配マニホルド１１から絶縁して、以下により詳細に説明されるように、二次プラズマが蓋組立体１５ｂ中に生成される可能性を最小限にする。図２に示されるように、三方バルブ７７が、処理ガスの処理チャンバ１５への流れを直接にまたは遠隔プラズマ発生器６０を通して制御する。
【００２８】  遠隔プラズマ発生器６０は、蓋組立体１５ｂに取り付けられてしかも費用や時間がかかる変更を伴わずに容易に改造できて現用のチャンバに取り付けることが可能な、小型の密閉式装置であることが望ましい。１つの好適な装置が、マサチューセッツ州ウォバーンのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手可能なＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器である。ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器は、処理ガスを分離するのに低領域のトロイド形の（ＬＦＴ（登録商標））プラズマを利用する。１つの実例では、プラズマは、ＮＦ3のようなフッ素を含むガス及びアルゴンのようなキャリアガスを含む処理ガスを分離し、処理チャンバ１５の薄膜堆積を洗浄するのに用いられる遊離したフッ素を生成する。
【００２９】  図３及び図４に示されるように、混合ブロック７６は、その中で混合される処理ガスを受入れるための２つの入口７８、８０及びガス混合気がそれを通して出る底部の出口８１を含む。冷却入口８２及び冷却出口８４が、冷却（図３）用の冷却ブロック７６を通して冷却剤を循環させるために設けられる。処理ガスの混合は混合インサート７２内で起こる。
【００３０】  図４はＣＶＤ装置１０を通してのガス流れを概略的に示す。第１ガス管路９０からの第１ガスは、入口９１で三方バルブ７７に入り、第１出口９２または第２出口９３のどちらかを通って出る。第１出口９２は、中間導管９４に導かれ、遠隔プラズマ発生器６０を貫通して混合ブロック７６の上部入口９８に連結された上部導管９５へ通じる。発生器６０中のプラズマは、第１処理ガスからプラズマ種を生じ、それが次いで上部導管９５、混合デバイス７０、及びガス分配マニホルド１１を通してチャンバ１５に流れる。図１Ａに示されるように、セラミックインサート６６及び取付けアダプタ６４を通る導管は、遠隔プラズマ発生器６０及び混合デバイス７０の間に流体連結される上部導管９５形成する。
【００３１】  図４を参照すれば、第２出口９３は、入口導管９６を介して混合デバイス７０の混合ブロック７６の側部の入口７８に直接通じて、遠隔プラズマ発生器６０を迂回する。第２処理ガスは、第２ガス管路１００を介して側部の入口８０で混合ブロック７６に入る。特定の実施形態において、気化器１０１が、第２ガス管路１００に供給される液体の前駆物質を気化するために、第２ガス管路１００と連結される。処理ガスは、混合デバイス７０の混合インサート７２中で混合される。ガス混合気は、混合ブロック７６の出口８１を出て、ガス分配マニホルド１１を通してチャンバ１５に入る。排気ガスは排気出口２５を通してチャンバ１５を出る。
【００３２】  図５Ａの正面図並びに図５Ｂ及び図５Ｃの側面図に最も良く見られるように、混合インサート７２は、複数の流路を含む。破線の矢印１０６により示される第１流路は、インサート７２（図５Ｂ及び図５Ｃ）の中心線を通ってほぼ真っ直ぐに延びて、混合ブロック７６（図４）の上部入口９８及び出口８１の間に流体連結される。第２流路は、矢印１０８により示されるように、インサート７２（図５Ａ及び図５Ｃ）のほぼ右の側面を通して蛇行し、混合ブロック７６（図４）の側部入口７８及び出口８１の間に流体連結される。第３流路は、矢印１１０により示されるように、インサート７２（図５Ａ及び図５Ｂ）のほぼ左の側面を通して蛇行し、混合ブロック７６（図４）の側部入口８０及び出口８１の間に流体連結される。図５Ａに見られるように、第２及び第３流路１０８、１１０は、多数位置で部分的にオーバラップし、望ましくは鋭い屈曲部でガスの正面衝突の混合を実現して、完全な混合を生じるようにする。インサート７２の底部の近傍で、流路１０８，１１０は、それぞれ中央の貫通開口１１４、１１６（図５Ａ及び図５Ｂ）に合体して、第１流路１０６の最後の部分は混合ブロック７６（図４）の出口８１と流体連結される共通の出口に至る。第２及び第３流路１０８、１００は、第１流路１０６より実質的に長く、また入口７８、８０からの第１及び第２処理ガスの完全な混合を促進する渦流を発生するために複数の屈曲部を含む。第１流路１０６は、遠隔プラズマ発生器６０で生じたプラズマ種の再結合を極力少なくするために短くかつ真っ直ぐであるのが有利である。１つの実施形態において、第１流路１０６は、長さが約１．５インチで、第２及び第３流路１０８、１１０は、長さが約７．５インチである。
【００３３】  三方バルブ７７は、図６に最も良く見られるように、遠隔プラズマ発生器６０の側面に取り付けられる。バルブ７７は、一般に空気圧で作動し、入口９１及び第１出口９２の間に連結される第１圧力スイッチ１２０並びに入口９１及び第２出口９３の間に連結される第２圧力スイッチ１２２を含む。バルブ７７の入口９１は、第１ガス管路９０に接続される。バルブ７７の第１出口９２は、遠隔プラズマ発生器６０に通じる中間導管９４に接続される。バルブ７７の第２出口９３は、チャンバ１５に通じる入口導管９６に接続される。第１圧力スイッチ１２０は、常時は閉じられて入口９１から第１出口９２への流れを阻止するのに対して、第２圧力スイッチ１２２は、常時は開いていて入口９１から第２出口９３へ流れさせる。本方式では、第１処理ガスは、入口導管９６を介してチャンバ１５に流れ、遠隔プラズマ発生器６０を迂回する。バルブ７７が代わりのモードに切り換えられると、第１圧力スイッチ１２０は開いて、第２圧力スイッチ１２２は閉じられて、チャンバ１５に入る前に第１処理ガスを中間導管９４を通して遠隔プラズマ発生器６０に導く。
【００３４】  好都合にも、遠隔プラズマ発生器６０により分離されるべきガスのみが、発生器６０を通して流されて、他のガスを発生器６０を迂回させることを三方バルブ７７が保証する。プラズマを止めた状態で発生器６０を通してオゾンのような他のガスを流すことが可能ではあるが、かかるやり方の長期にわたる影響は不明である。三方バルブ７７を用いることで発生する可能性のあるいかなる問題も回避される。さらに、バルブ７７を用いることで、ガスを遠隔プラズマ発生器６０に導くかまたは必要に応じて発生器６０を迂回することにより、異なるプロセスのためにチャンバ１５に異なるガスを流すのに同じガス管路９０が用いられることが可能になる。本構成は、必要とされるガス管路の数を極力少なくし、装置１０の耐久性を向上させて、現用のチャンバを改造するためにガス供給装置に対してなされる必要がある変更の数を少なくする。
【００３５】  図６に示されるように、第１コネクタ１２３が、第１ガス管路９０の上部及び下部をいっしょに連結し、また第２コネクタ１２４が、入口導管９６の上部及び下部をいっしょに連結する。第１ガス管路９０及び入口導管９６の上部は、遠隔プラズマ発生器６０に取り付けられるのに対して、第１ガス管路９０及び入口導管９６の下部は、チャンバ１５の側面に取り付けられる。第１ガス管路９０の上部を第１コネクタ１２３で、また入口導管９６の上部を第２コネクタ１２４で分離することで、蓋組立体１５ｂを容易にかつ迅速に取外すことが可能になる。三方バルブ７７は、蓋組立体１５ｂ上に搭載される遠隔プラズマ発生器６０に取り付けられる。バルブ７７、発生器６０、及び蓋組立体１５ｂは、分解することなく都合よく取外されまた一体で再設置されることが可能である。
【００３６】  図６は、入口領域で圧力をモニタするために三方バルブ７７への第１ガス管路９０と連結された安全圧力スイッチ１２６を示す。圧力が所定のレベルまで上昇する場合には、安全圧力スイッチ１２６は、過度の圧力上昇及び漏洩を防止するために入力ガス流れを停止する信号を発する。このことは、ＮＦ3のような有毒または危険な処理ガスにとっては特に重要である。図６はまた発生器６０を冷却するための冷却剤を移送するために遠隔プラズマ発生器６０に結合される冷却管路１２８を示す。
【００３７】  図１Ａ及び図６に示される例示的な実施形態は、遠隔プラズマ発生器６０からチャンバ１５中へのガスのための流路１０６を提供する混合デバイス７０を備えたガス供給装置を有する。混合デバイス７０は、２つの入口ガス管路９６、１００からの処理ガスを混合し、その混合気をチャンバ１５（図５Ａ〜図５Ｃ）に供給するための２つの部分的にオーバラップする流路１０８、１１０をさらに含む。ガス供給装置は、一般に２つのモードのうちの１つで作動する。蒸着モードでは、第１処理ガスは、第１ガス管路９０から三方バルブ７７及び入口導管９６を通して混合デバイス７０に流れ、また第２処理ガスは、第２ガス管路１００から混合デバイス７０（図４）に流れる。混合デバイス７０は、第１及び第２処理ガスを混合し、基板上に層を蒸着するためにその混合気をチャンバ１５に供給する。洗浄モードにおいて、第２処理ガスの供給が遮断される。第１処理ガスは、洗浄プラズマ前駆物質であり、第１ガス管路９０から三方バルブ７７及び中間導管９４を通して遠隔プラズマ発生器６０（図４）に流れる。発生器６０は、プラズマを形成し、前駆物質を洗浄プラズマ種に分離して、チャンバ１５中で蒸着物を洗浄するためにプラズマ種を導管９５及び混合デバイス７０を通してチャンバ１５に供給する。もちろん、別の処理モードを実施することも可能である。例えば、別のモードでは、第1ガス管路９０から第１処理ガスを遠隔プラズマ発生器６０を通してチャンバ１５に、また第２処理ガスを第２ガス管路１００を介してチャンバ１５に直接流すことを必要とする可能性がある。
【００３８】  ガス供給装置は、それがモジュール式構成であるために比較的に容易に変更することが可能であることが理解される。例えば、図３及び図５Ａ〜図５Ｃの混合インサート７２は、例えば、異なる混合構成を有するものと取り換えることが可能である。混合ブロック７６も、２つより多いガス管路からガスを受入れるための追加の入口を有するものと交換することが可能である。これらの変更は、さらなるガス流れを随意選択的に提供し、異なるプロセスを実施するためにガス混合及びチャンバ１５への供給の追加のモードを実行する。
【００３９】  図１Ａ及び図３に示されるセラミック絶縁体６６を用いることで、蓋組立体１５ｂでの２次プラズマの起こり得る生成により生じる不安定性が排除される。図１Ａに示されるシステム構成において、処理ガスは、取付けアダプタ６４及びセラミックインサート６６を通して導管により形成される上部導管９５を通して逆流する可能性がある。チャンバ１５の内部でプラズマが生成されると、ガス分配マニホルド１１及び混合デバイス７０には、ＲＦが流れる。金属取付けアダプタ６４は、一般に接地される。ヘリウムのようなプラズマに衝突することが出来るガスが、ＲＦが流れているマニホルド１１及び接地されたアダプタ６４の間の導管９５中に在る場合は、２次プラズマが上部導管９５中に形成される可能性がある。２次プラズマは、チャンバ１５の内側のプラズマの不安定性を引き起こし、結果として多孔性堆積膜のような低品質の薄膜を蒸着する可能性がある。上部導管９５中のヘリウムのようなガスが、例えば、“その場で”の堆積膜の形成においてＰＥ（プラズマ増強）膜の蒸着及びＳＡ（大気中より低い圧力）膜の蒸着の間に共通である基板のＮ2処理の間に存在する可能性がある。Ｎ2処理は、一般にヘリウムガス及び窒素ガスを用いてチャンバ１５中のプラズマに衝突させるプラズマ処理である。ヘリウムは、Ｎ2処理の間に上部導管９５中に逆流する可能性がある。ガス分配マニホルド１１及び混合デバイス７０には、ＲＦが流れていて、取付けアダプタ６４は接地されているので、マニホルド１１及びアダプタ６４の間の上部導管９５中のヘリウムの存在が、導管９５中に２次プラズマを形成させることになり、チャンバ１５の内側のプラズマの不安定性を引き起こす可能性がある。金属製のアダプタ６４を混合デバイス７０及びガス分配マニホルド１１から分離することにより、セラミック絶縁体６６は、上部導管９５中に２次プラズマが生成される可能性を極力少なくする。
【００４０】  “その場で”のプラズマプロセスがチャンバ中で行なわれた場合には、２次プラズマは、発生する可能性のある問題であるということが理解される。Ｎ2及びＨｅに対するイオン化電位が全てのガスについては最も低い部類の入るので、Ｎ2処理中に２次プラズマが生じる可能性がもっと高い。
【００４１】ＩＩ．例示的なプロセスの流れ
図７の簡略化されたフローチャートは、蒸着を実施してそれからプロセスを洗浄する図１Ａ〜図７のＣＶＤ装置の使用を示す。プロセスの最初の段階２００において、プロセスのモードが選択される。蒸着モード（段階２０２）においては、基板がチャンバ１５中に用意される（段階２０４）。三方バルブ７７は、段階２０６で遠隔プラズマ発生器６０（図４）を迂回するように切り換えられる。第１処理ガスは、第１入口管路９０から三方バルブ７７及び入口導管９６を通して混合デバイス７０に向けられる（段階２８０）。段階２１０では、第２処理ガスが、第２入口管路（図４）を介して混合デバイス７０に流される。混合デバイス７７（図５Ａから図５Ｃまで）は、第１及び第２処理ガスを段階２１２で混合する。ガス混合気は、チャンバ１５中に流されて基板上に層を蒸着する（段階２１４）。１つの実例で、第１処理ガスはオゾンを含み、また第２処理ガスはＴＥＯＳを含む。
【００４２】  図７の洗浄モード（段階２１６）において、三方バルブ７７（図４）は、段階２１８で流れを遠隔プラズマ発生器６０に向けるように切り換えられる。洗浄プラズマ前駆物質が、第１入口管路９０から三方バルブ７７を通して前駆物質を分離して洗浄プラズマ種を発生する（段階２２０）発生器６０に流される。プラズマ種は、遠隔プラズマ発生器６０から混合デバイス７０を通してチャンバ１５に流されて段階２２２でチャンバ１５（図４）を洗浄する。１つの実例で、洗浄プラズマ前駆物質は、ＮＦ3及びアルゴンのようなフッ素を含むガスを含む。発生器６０中のプラズマは、ＮＦ3を分離し、処理チャンバ１５中の堆積を洗浄するために遊離フッ素を発生させる。
【００４３】  遠隔プラズマ発生器６０中の圧力が、チャンバ１５の圧力より高い、好ましくはかなり高い場合には、洗浄時間を全体的に減らすことが可能であるということがわかる。例えば、遠隔プラズマ発生器６０中の圧力が、チャンバ１５中の圧力の望ましくは少なくとも約１０倍、またより望ましくは少なくとも約３０倍である。特定の実施形態において、チャンバ１５中の圧力は約０．２５トルで、また遠隔プラズマ発生器６０中の圧力は、約８トルである。システム制御装置３４は、チャンバ１５中の圧力だけでなく遠隔プラズマ発生器６０中の圧力も制御するのに用いることができる。
【００４４】  上記は本発明の特定の実施形態の完全な説明であるが、様々な変形形態、変更及び代案を用いることが可能である。例えば、三方バルブを代わりの流路の間のガス流れを導くための他の流れ制御デバイスと取り換えることが可能である。混合デバイスは、他の構成及び混合様式を備えることができる。当業者には種々の変更が明白になるであろう。これら均等の構成及び代案は、本発明の技術的範囲内に含まれる。従って、本発明の技術的範囲は、記述された実施形態に限定されるのではなくて、前述の特許請求の範囲及びそれらの均等の構成の全技術的範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明による化学蒸着装置の１つの実施形態の垂直断面図である。
【図１Ｂ】  本発明による化学蒸着装置の１つの実施形態の垂直断面図である。
【図１Ｃ】  図１Ａに示すＣＶＤチャンバの部分の分解斜視図である。
【図１Ｄ】  図１Ａに示すＣＶＤチャンバの部分の分解斜視図である。
【図１Ｅ】  １つあるいはそれ以上のチャンバを含むことができる複数チャンバ方式のシステムモニタ及びＣＶＤ装置の簡略図である。
【図２】  本発明の実施形態による図１ＡのＣＶＤチャンバの蓋の上に搭載された遠隔プラズマ発生器の斜視図である。
【図３】  図２のＣＶＤチャンバの蓋に遠隔プラズマ発生器を取り付けるための取付け組立体の部分の分解斜視図である。
【図４】  図１ＡのＣＶＤチャンバ及び遠隔プラズマ発生器を通しての処理ガスの流れを示す簡略ブロック図である。
【図５Ａ】  本発明の実施形態による混合インサートの立面図である。
【図５Ｂ】  本発明の実施形態による混合インサートの立面図である。
【図５Ｃ】  本発明の実施形態による混合インサートの立面図である。
【図６】  図１ＡのＣＶＤチャンバの蓋の上に搭載された遠隔プラズマ発生器の別の斜視図である。
【図７】  本発明の実施形態によるプロセスを示す簡略フローチャートである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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