(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素含有ガスの供給源及び不活性ガスの供給源に接続された遠隔プラズマソースを用いて基板処理チャンバから残留物を除去する方法であって、前記方法が、
前記フッ素含有ガスの供給源から前記遠隔プラズマソースへのフッ素含有ガスの流入を遮断しながら、前記不活性ガスの供給源から前記遠隔プラズマソースに不活性ガスを流入し、該遠隔プラズマソース内にプラズマを形成するステップと、
前記プラズマを形成するステップの後、前記プラズマを前記遠隔プラズマソース内に維持しながら前記フッ素含有ガスを前記遠隔プラズマソースに流入することによって、複数の反応性化学種を生成するステップと、
前記複数の反応性化学種を前記基板処理チャンバに導入するステップと、
を含み、
前記フッ素含有ガスは、前記反応性化学種を生成するステップにおいて、第１の流量で前記遠隔プラズマソースに流入し始め、所定時間にわたって第２の流量に増大する、方法。
【請求項２】
前記フッ素含有ガスの流量は、前記第１の流量から前記第２の流量に一定の割合で増大する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フッ素含有ガスの前記流れが前記第２の流量に到達後、前記不活性ガスの流量が増大するとともに、前記フッ素含有ガスの流量は前記第２の流量より大きい第３の流量に増大する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記不活性ガスの増大された前記流量の、前記フッ素含有ガスの前記第３の流量に対する比が１：１より大きい、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
不活性ガスとフッ素含有ガスとが供給される遠隔プラズマソースに接続された基板処理チャンバから残留物を除去する方法であって、
前記遠隔プラズマソースに前記不活性ガスを導入し、前記遠隔プラズマソースにおいて前記不活性ガスからプラズマを発生するステップと、
前記発生したプラズマに前記フッ素含有ガスを導入し、前記遠隔プラズマソースに導入された前記フッ素含有ガス及び前記不活性ガスを含む洗浄ガスから前記遠隔プラズマソース内に複数の反応性遊離基を生成するステップと、
前記遠隔プラズマソースに導入される前記フッ素含有ガスの流量を増大した後、前記遠隔プラズマソースから前記基板処理チャンバに前記反応性遊離基を送るステップと、
を含み、
当該残留物を除去する方法中に前記遠隔プラズマに導入される前記不活性ガス及び前記フッ素含有ガスの前記流量は、前記遠隔プラズマソース内において前記プラズマを消失する圧力の急激な変化を回避するように制御され、
前記遠隔プラズマソースに導入される前記フッ素含有ガスの前記流量を増大しながら、前記洗浄ガスにおいて不活性ガスのフッ素含有ガスに対する割合が１：１を超えるように維持されている、方法。
【請求項６】
前記フッ素含有ガスはＮＦ３を含む、請求項１〜５のいずか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記フッ素含有ガスが前記遠隔プラズマソースに導入される前記流量は、安定状態の流量に到達するまで一定の割合で加速され、前記安定状態の流量から該安定状態の流量より高い流量まで増大される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記フッ素含有ガスの流量が前記安定状態の流量より高い前記流量に到達後まで、前記複数の反応性遊離基が前記基板処理チャンバに導入されない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プラズマが、トロイダルプラズマソースによって、前記遠隔プラズマソース内に形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は基板処理に関する。特に、本発明は、処理チャンバ内部の洗浄ガスの流量を増大することで乾式洗浄技術を完了するために必要な時間を短縮する、基板処理装置の処理チャンバを洗浄する装置と方法に関する。
【０００２】
今日の半導体素子の製造における主要なステップの１つは、基板またはウェハの上に、ケイ化タングステン（ＷＳｉx）のような金属ケイ化物といった層を形成することである。周知のように、こうした層は化学気相成長法（ＣＶＤ）によって堆積できる。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応性ガスが基板表面に供給され、そこで熱によって誘発された化学反応が行われ、望ましい膜を形成する。従来のプラズマ増速ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスでは、高周波（ＲＦ）エネルギーまたはマイクロ波エネルギーを使用して制御プラズマが形成され、反応性ガス中の反応性化学種を分解及び／または励起して望ましい膜を生じる。
【０００３】
こうしたＣＶＤプロセスの際に生じる１つの問題は、処理チャンバ内で不必要な堆積が発生し、ともすれば高い保守費用につながることである。ウェハ上の望ましい膜のＣＶＤによってヒータや装置のプロセスキット・パーツを含むあらゆる高温の表面に望ましくない膜の堆積が発生しうるが、これは、反応性ガスが、隙間の中や、角を曲がった奥までも、処理チャンバ内の至る所に拡散されるからである。次のウェハ堆積の際、ヒータ及び／または装置の他の部分でのこの余分な成長は加速してヒータ及び／または装置の他の部分に連続金属ケイ化物膜が成長するに至る。次第に、ＣＶＤ装置から残留物を洗浄することを怠った結果、プロセスの劣化や信頼性の低下及びウェハの不良が生じることが多くなる。余分な堆積物がＣＶＤ装置の性能を妨げ始めた場合、ヒータ及び（シャドー・リング及びガス分配フェースプレートといった）他のプロセスキット・パーツを取り外し交換してＣＶＤ装置中の不必要な蓄積物を除去することができる。交換を必要とする部品の種類と数及び交換の頻度によっては、基板処理装置を保守する費用は非常に高くなることがある。
【０００４】
こうしたＣＶＤプロセスでは、反応性プラズマ洗浄が定期的に行われ、処理チャンバ壁、ヒータ、及び処理チャンバの他のプロセスキット・パーツから不必要な堆積材料を除去する。一般的にウェハ１枚毎、またはウェハｎ枚毎の堆積ステップの間に行われる反応性プラズマ洗浄プロシージャは標準処理チャンバ操作として行われるが、そこではエッチング・ガスが使用され、不必要な堆積材料を除去またはエッチングする。反応性プラズマ洗浄プロシージャの１つは処理チャンバでのin situで行われ、処理チャンバ内に配置された容量結合電極によって高周波エネルギーを印加することで、反応物質ガスの励起及び／または解離を促進する。プラズマは、処理チャンバ内に存在する不必要な堆積材料と反応し、エッチングによってそれを除去する高度反応性化学種を発生する。
【０００５】
前述のin situプラズマ洗浄プロシージャに加えて、行われる頻度ははるかに低いが、第２の洗浄プロシージャは、処理チャンバを開き、蓄積された残留物を有するチャンバ壁、排気管及び他の部分を含む反応器全体を、専用の布と洗浄液で物理的に拭くことを含む。この洗浄プロシージャは、液体を利用するため一般に湿式洗浄と呼ばれる。定期的にＣＶＤ装置を湿式洗浄することを怠ると、不純物が蓄積し、それがウェハの上に移動して素子を損傷することがある。従って、ＣＶＤ装置を正しく洗浄することは、基板処理の円滑な操作、素子歩留まりの改善及び良好な製品性能のため重要である。しかし、洗浄プロシージャは、プロシージャを完了するために必要な休止時間のために、製造用装置の稼働率を低下させる。
【０００６】
in situプラズマ洗浄に対する代替案として、遠隔プラズマ洗浄プロシージャが利用される。そのため、処理チャンバは遠隔マイクロ波プラズマ装置に接続される。遠隔マイクロ波プラズマ洗浄プロシージャは処理チャンバを洗浄するために必要な時間を短縮する。マイクロ波プラズマに関連する高いブレークダウン効率によって、容量性ＲＦプラズマのエッチング速度と比較して、さらに高いエッチング速度（約２μｍ／分）が提供される。
【０００７】
不必要な堆積材料のエッチング速度をさらに増大するために、処理チャンバへの反応性遊離基の流れを増大する改良型反応性プラズマ発生器が開発された。こうした反応性プラズマ発生器の１つは、０１８０１−１０５３、マサチューセッツ州ウォーバーン、キャボット・ロード３５のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．によってアストロンの商標で販売されている。アストロンの記述は次のインターネット・アドレスｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓｔｅｘ．ｃｏｍ／アストロン．ｈｔｍにある。アストロンは、低電界トロイダル・プラズマを使用してプラズマに導入されるガスフローを解離する独立型原子フッ素発生器である。
【０００８】
しかし、必要とされるのは、先行技術と比較して、処理チャンバの洗浄に必要な時間をさらに短縮する反応性プラズマ洗浄プロシージャである。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、反応性プラズマ洗浄技術を利用して処理チャンバを洗浄するために必要な時間を短縮する方法と装置を提供する。本発明は、処理チャンバ及びフッ素ソースガスの供給源及び不活性ソースガスの供給源と流通するアストロンフッ素ソース発生器を利用することでこれを行う。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、プラズマがアストロンの中でほぼ純粋な不活性ソースガスフローから形成される。プラズマの形成後、フッ素ソースガスフローが導入され、フッ素ソースの流れは１．６７標準立方センチメートル／秒2（ｓｃｃ／ｓ2）以下の割合で加速される。この方法で、プラズマは、クリーニング混合体を画定する複数の遊離基と解離した不活性ソースガス原子を含む。フッ素ソースガスフローがない状態でプラズマを形成することで、これまで認識されていなかった問題が克服される。すなわち、多量のフッ素ソースガスをアストロン反応性プラズマ発生器内に流すとプラズマが消失することがわかった。その結果、フッ素ソースに対する不活性ソースガスの比が１：１より大きくなるように、前者と後者がアストロンに流し込まれる。すなわち、フッ素ソースガス原子が突然解離すると、圧力が急上昇すると考えられる。上記の比を確保しつつ、プラズマへのフッ素ソースガスフローをゆっくり加速することで、この問題は克服される。
【００１１】
さらに、最大エッチング速度は、フッ素ソースガスに対する不活性ソースガスの比が１：１より大きくなるように確保することで達成される。そのため、プラズマに導入されるフッ素ソースの流れは、通常８．３３ｓｃｃ／ｓ以上である安定した流量に到達するまで加速され、不活性ソースガスは、通常１３．３３ｓｃｃ／ｓ以上である第一の流量でアストロン反応性プラズマ発生器に流入する。しかし、好適には、第一の流量と安定した流量は、クリーニング混合体中のフッ素ソースに対する不活性ソースガスの比が約３：２になるように設定される。次にクリーニング混合体はアストロンフッ素ソース発生器から処理チャンバに流入し、その内部に存在する不必要な汚染物質と反応する。通常、フッ素ソースはＮＦ3、希釈Ｆ2、ＣＦ4、Ｃ２Ｆ6、Ｃ３Ｆ8、ＳＦ6及びＣ１Ｆ3からなるグループから選択され、不活性ソースガスはアルゴンである。しかし、フッ素ソースはＮＦ3であることが好ましい。
【００１２】
本発明のもう１つの実施形態では、アストロンへのフッ素ソースガスの加速は厳密に制御されない。むしろ、不活性ソースガスをアストロンに約１６．６７ｓｃｃ／ｓの流量で流入させることで、プラズマはフッ素ソースガスのない状態で形成される。プラズマの形成後、フッ素ソースガスがアストロンに約１３．３３ｓｃｃ／ｓの流量で流入する。約２〜５秒間プラズマを安定させた後、フッ素ソースガス及び不活性ソースガス両方の流量は、フッ素ソースガスに対する不活性ソースガスの比が常に１：１より大きくなるようにしながら、それぞれ３６．６７ｓｃｃ／ｓと２５．００ｓｃｃ／ｓまで急速に増大される。
【００１３】
本発明のこれらと他の実施形態は、その利点及び特徴と共に、以下の本文と添付の図面に関連してより詳細に説明される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ｉ．例示ＣＶＤ装置
本発明の特定実施形態は、多様な化学成長法（ＣＶＤ）または他の種類の基板処理装置と共に使用されるか、または改良装置を組み込んで使用される。本発明と共に使用するか、または本発明を取り付ける１つの適切な基板処理装置が図１Ａ及び図１Ｂに示されるが、これらは、処理チャンバ壁１５ａ及び処理チャンバ蓋組立体１５ｂを含む真空または処理チャンバ１５を有するＣＶＤ装置１０の垂直断面図である。処理チャンバ壁１５ａと処理チャンバ蓋組立体１５ｂは、図１Ｃ及び図１Ｄの分解透視図で示される。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄを参照すると、ＣＶＤ装置１０は、処理チャンバの中央に置かれた抵抗性加熱ペデスタル１２の上に載った基板（図示せず）にプロセスガスを分散させるガス分配マニホルド１１を含む。プロセスの際、基板（例えば、半導体ウェハ）はペデスタル１２の平坦な（またはわずかに凸状の）表面１２ａの上に配置される。好適には窒化アルミニウムのようなセラミックの表面を有するペデスタル１２は、下部装填／取り出し位置（図１Ａに示される）と、マニホルド１１にごく近接した上部プロセス位置（図１Ａでは破線１４で示され、かつ図１Ｂに示される）との間を制御によって移動できる。センターボード（図示せず）にはウェハの位置に関する情報を提供するセンサが含まれる。
【００１６】
堆積及びキャリアガスは従来の平坦な円形ガス分配フェースプレート１３ａの多孔開口部１３ｂ（図１Ｄ）を通じて処理チャンバ１５に導入される。すなわち、堆積プロセスガスは、吸気マニホルド１１を通り、従来の多孔ブロッカープレート４２を通った後ガス分配フェースプレート１３ａの穴１３ｂを通って処理チャンバ内に流入する（図１Ｂの矢印４０で示される）。
【００１７】
マニホルドに達する前に、堆積及びキャリアガスは、ガスソース７からガス供給ライン８（図１Ｂ）を通じてガス混合ブロックまたは装置９に入り、そこで結合されてマニホルド１１に送られる。堆積及びキャリアガスを供給ライン８から直接マニホルド１１に向けることも可能であり、場合によってはそれが望ましい。その場合、ガス混合装置９はバイパスされる。他の状況では、ガス・ライン８の何れかがガス混合装置９をバイパスし、処理チャンバ１５の底部にある通路（図示せず）を通じてガスを導入することがある。図１Ｂに示されるように、例えばＷＳｉxを堆積する特定実施形態では、３つのガス供給ライン８が存在し、第１ライン８ａがケイ素を含むガス（例えば、ガスソース７ａのＤＣＳソースからの「ＤＣＳ」と呼ばれるジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2））をガス混合装置９に供給する一方、第２ライン８ｂは、タングステンを含むガス（例えば、ガスソース７ｂのＷＦ6ソースからの六フッ化タングステン（ＷＦ6））をガス混合装置９に供給する。各ライン８ａ及び８ｂについて、キャリア・ガス（例えば、ガスソース７ａ及び７ｂのアルゴンソースからのアルゴン）をプロセスに伴って供給し、しかるべくガスフローを安定化し、混合装置９への２つのライン間のガスフローを均一化することができる。このように処理チャンバ１５の上流でガス（ＤＣＳ及びＷＦ6）を混合することは、処理チャンバへのより均一なガス分配に帰結し、ひいては堆積ＷＳｉx膜のより大きな均一性に帰結すると考えられる。第３供給ライン８ｃは処理チャンバの底部から不活性ソースパージガス（例えば、ガスソース７ｃからのアルゴン）を導入し、処理チャンバのペデスタル１２より低い部分に堆積ガスを近付けないようにする。好適実施形態の中には、追加ケイ素ソース（例えば、ソース７ａからのシラン（ＳｉＨ４））がガスライン８ａに供給されることがある。
【００１８】
一般に、各プロセスガス用供給ラインには、（ｉ）自動または手動で処理チャンバへのプロセスガスフローを遮断するよう使用されるいくつかの安全遮断弁（図示せず）と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスフローを測定する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）（やはり図示せず）が含まれる。プロセスで有毒ガスが使用されている場合、従来の構成ではいくつかの安全遮断弁が各ガス供給ラインに配置される。
【００１９】
ＣＶＤ装置１０で行われる堆積プロセスは、熱プロセスまたはプラズマプロセスの何れかである。プラズマ増速プロセスでは、高周波電源４４がガス分配フェースプレート１３ａとペデスタル１２の間に電力を印加し、プロセスガス混合物を励起してフェースプレート１３ａとペデスタル１２の間の円筒形領域内にプラズマを形成する（この領域をここでは「反応領域」と呼ぶ）。プラズマの構成要素が反応し、ペデスタル１２の上に支持された半導体ウェハの表面に望ましい膜を堆積する。高周波電源４４は、通常１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）の高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３６０キロヘルツ（ｋＨｚ）の低ＲＦ周波数（ＲＦ２）の電力を供給し、処理チャンバ１５に導入される反応性化学種の分解を促進する混合周波数高周波電源である。もちろん、高周波電源４４は単一または混合周波数高周波電力（または他の望ましい変形）をマニホルド１１に供給し、処理チャンバ１５に導入される反応性化学種の分解を促進することもある。熱プロセスでは、高周波電源４４は利用されず、抵抗により加熱され反応に必要な熱エネルギーを提供するペデスタル１２の上に支持された半導体ウェハの表面に望ましい膜を堆積するため、プロセスガス混合物は熱的に反応する。
【００２０】
プラズマ堆積プロセスの際、プラズマは、排気通路２３と遮断弁２４を取り囲む処理チャンバ本体の壁１５ａを含むＣＶＤ装置全体を加熱する。熱堆積プロセスの際、加熱されたペデスタル１２はＣＶＤ装置を加熱する。プラズマが投入されていない場合、または熱堆積プロセスの際には、高温の液体をＣＶＤ装置の壁１５ａを通じて循環し、処理チャンバを高い温度に維持する。処理チャンバ壁１５ａを加熱するために使用される流体には、通常の種類の流体、すなわち、水性エチレングリコールまたは油性熱移動流体が含まれる。この加熱は有益にも望ましくない反応生成物の凝結を低減または除去し、プロセスガスの揮発性生成物と汚染物質の除去を改善するが、そうしないとこれらは冷たい真空通路の壁に凝結し、ガスフローがない間に処理チャンバに戻ることになる。
【００２１】
反応生成物を含む、層に堆積しないガス混合物の残りは、真空ポンプ（図示せず）によって処理チャンバから排気される。すなわち、ガスは、反応領域を取り囲む環状溝形オリフィス１６を通じて環状排気プレナム１７に排気される。環状溝１６とプレナム１７は、処理チャンバの円筒形側壁１５ａの上部（壁上の上部誘電体ライニング１９を含む）と円形処理チャンバ蓋２０の底部間の間隙によって画定される。３６０°の円対称とスロット・オリフィス１６及びプレナム１７の均一性は、ウェハ上のプロセスガスの均一な流れを達成しウェハに均一な膜を堆積するために重要である。
【００２２】
ガスは、排気プレナム１７の横延長部分２１の下側を、ビューイング・ポート（図示せず）を通過し、下向きに延びるガス通路２３を通り、真空遮断弁２４（その本体は下部処理チャンバ壁１５ａと一体である）を通過して、排気出口２５に流れるが、これはフォアライン（図示せず）を通じて外部真空ポンプ（やはり図示せず）に接続されている。
【００２３】
抵抗性加熱ペデスタル１２のウェハ支持プラッタは、平行同心円の形態で完全に巻かれた２つの円を形成するように構成された埋め込み式単一ループ発熱素子を使用して加熱される。発熱素子の外側部分は支持プラッタの外周に隣接し、内側部分は小さい半径を有する同心円の軌道を通る。発熱素子への配線はペデスタル１２の柄部を通過する。ペデスタル１２は、アルミニウム、セラミック、またはそれらの何らかの組合せを含む材料から製造される。
【００２４】
通常、処理チャンバ・ライニング、ガス吸気マニホルド、フェースプレート、及び様々な他の反応器の機材の何れかまたは全ては、アルミニウム、陽極プロセスアルミニウム、またはセラミックといった材料から製造される。こうしたＣＶＤ装置の例は、引用によってその全体を本明細書の記載に援用する、Ｚｈａｏ他に対して発行された、「ＣＶＤ処理チャンバ」という題名譲受人に譲渡された米国特許第５，５５８，７１７号で説明されている。
【００２５】
処理チャンバ１０の側面の挿入／取り出し開口２６を通じてウェハがロボット・ブレード（図示せず）により処理チャンバの本体を出し入れされる際、リフト機構及びモータ３２（図１Ａ）は、ヒータペデスタル組立体１２とそのウェハ・リフトピン１２ｂを上昇及び下降させる。モータ３２はプロセス位置１４と下部ウェハ装填位置の間でペデスタル１２を上昇及び下降させる。モータ、供給ライン８に接続された弁または流れコントローラ、ガス供給装置、絞り弁、高周波電源４４、処理チャンバ及び基板加熱装置は全て、一部のみが図示される制御ライン３６を通じてシステムコントローラ３４（図１Ｂ）によって制御される。コントローラ３４は光センサからのフィードバックによって、コントローラ３４によって制御される適当なモータによって移動する絞り弁及びペデスタルといった可動機械組立体の位置を決定する。
【００２６】
好適実施形態では、システムコントローラには、ハードディスク駆動装置（メモリ３８）、フロッピーディスク駆動装置及びプロセッサ３７が含まれる。プロセッサはシングルボード・コンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ・デジタル入力／出力ボード、インタフェース・ボード及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤ装置１０の様々な部品は、ボード、カードケージ、コネクタの寸法と種類を定義するＶｅｒｓａ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）規格に準拠する。ＶＭＥ規格はまた、１６ビット・データバスと２４ビット・アドレスバスを有するものとして、バス構造を定義している。
【００２７】
システムコントローラ３４はＣＶＤ機械の全ての活動を制御する。システムコントローラは、メモリ３８のようなコンピュータ可読媒体に保存されたコンピュータ・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。好適には、メモリ３８はハードディスク駆動装置であるが、メモリ３８は他の種類のメモリであることもある。コンピュータ・プログラムには、個々のプロセスのタイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、ペデスタル位置及び他のパラメータを指示する命令の集合が含まれる。例えば、フロッピーディスクまたは他の適当な駆動装置を含む他のメモリ装置に保存された他のコンピュータ・プログラムが使用され、コントローラ３４を動作させることもある。
【００２８】
ユーザとコントローラ３４の間のインタフェースはＣＲＴモニタ５０ａとライトペン５０ｂを介してなされるが、これは、１つかそれ以上の処理チャンバを含む基板処理装置における装置監視及びＣＶＤ装置１０の単純化した図であるである図１Ｅに示される。好適実施形態では、２つのモニタが使用されるが、１つは操作員のためにクリーンルーム壁に設置され、もう１つはサービス技術者のために壁の後ろに配置される。モニタ５０ａは２つ同時に同じ情報を表示するが、使用可能なライトペン５０ｂは１つだけである。ライトペン５０ｂの先端の光センサはＣＲＴディスプレイが放射する光を検出する。個々の画面または機能を選択するために、操作員はディスプレイ画面の指定された場所に触れ、ペン５０ｂのボタンを押す。触れられた場所の強調表示された色が変化するか、または新しいメニューまたは画面が表示され、ライトペンとディスプレイ画面との通信を確認する。キーボード、マウスまたは他のポインティングまたは通信装置がライトペン５０ｂの代わりまたはその追加として使用され、ユーザがコントローラ３４と通信できるようにすることもある。
【００２９】
膜を堆積するプロセスは、コントローラ３４によって実行されるコンピュータ・コードを含むコンピュータ・プログラム製品を使用して実現される。コンピュータ・コードは、何れかの従来のコンピュータ可読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、フォートラン等で書くことができる。適切なプログラム・コードは、従来のテキストエディタを使用して１つのファイルまたは多数のファイルに入力され、コンピュータのメモリ・システムのようなコンピュータ使用可能媒体に保存または埋め込まれる。入力されたコンピュータ・コードが高レベル言語に関連する場合、コンピュータ・コードはコンパイルされ、その結果得られたコンパイラ・コードがプレコンパイルされたウインドウズ？ライブラリ・ルーチンのオブジェクト・コードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクト・コードを実行するため、システム・ユーザはオブジェクト・コードを呼び出し、コンピュータ・システムがメモリ中のコードをロードするようにする。次にＣＰＵがコードを読み出し及び実行し、プログラムで特定されたタスクを行う。
【００３０】
図１Ｆは、特定実施形態によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータ・プログラム７０の階層的制御構造の例示構成図である。ライトペン・インタフェースを使用して、ユーザはＣＲＴモニタに表示されたメニューまたは画面に応答してプロセス集合番号及び処理チャンバ番号をプロセスセレクタ・サブルーチン７３に入力する。プロセス集合は、個々のプロセスを実行するために必要なプロセスパラメータの所定の集合であり、所定の集合番号によって特定される。プロセスセレクタ・サブルーチン７３は（ｉ）望ましい処理チャンバと、（ｉｉ）処理チャンバを操作して望ましいプロセスを行うために必要なプロセスパラメータの望ましい集合を特定する。個々のプロセスを行うプロセスパラメータは、プロセスガスの組成と流量、温度、圧力、マイクロ波電力レベルまたはＲＦ電力レベル及び低周波ＲＦ周波数といったプラズマ条件、冷却ガス圧力、及び処理チャンバ壁温度といったプロセス条件に関する。これらのパラメータはレシピの形態でユーザに提供され、ライトペン／ＣＲＴモニタ・インタフェースを利用して入力される。
【００３１】
プロセスを監視する信号はシステムコントローラのアナログ・デジタル入力ボードによって提供され、プロセスを制御する信号はＣＶＤ装置１０のアナログ・デジタル出力ボード上に出力される。
【００３２】
プロセスシーケンサ・サブルーチン７５は、特定された処理チャンバとプロセスパラメータの集合をプロセスセレクタ・サブルーチン７３から受け入れ、様々な処理チャンバの動作を制御するプログラム・コードを含む。多数のユーザがプロセス集合番号と処理チャンバ番号を入力することや、１人のユーザが多数のプロセス集合番号や処理チャンバ番号を入力することがあるので、シーケンサ・サブルーチン７５は、選択されたプロセスを望ましい順序にスケジュールするよう動作する。好適には、シーケンサ・サブルーチン７５には、（ｉ）処理チャンバが使用中かを判定するために処理チャンバの動作を監視するステップと、（ｉｉ）使用中の処理チャンバでどんなプロセスが実行されているかを判定するステップと、（ｉｉｉ）処理チャンバの可用性と実行すべきプロセスの種類に基づいて望ましいプロセスを実行するステップとを行うプログラム・コードが含まれる。ポーリングのような、処理チャンバを監視する従来の方法が使用される。どのプロセスを実行すべきかをスケジュールする際、シーケンサ・サブルーチン７５は、選択されたプロセスに関する望ましいプロセス条件と比較した使用される処理チャンバの現在の条件、または個々のユーザが入力した要求各々の「古さ」、またはスケジューリング優先度を決定するためにプログラマが加えたいと思う他の関連要素を考慮する。
【００３３】
次に実行される処理チャンバとプロセス集合の組合せをシーケンサ・サブルーチン７５が決定すると、シーケンサ・サブルーチン７５は、個々のプロセス集合パラメータを処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａ〜ｃに伝えることでプロセス集合の実行を開始するが、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａ〜ｃは、シーケンサ・サブルーチン７５によって決定されるプロセス集合によって処理チャンバ１５内の多数のプロセスタスクを制御するものである。例えば、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａは、処理チャンバ１５内のスパッタリング及びＣＶＤプロセス操作を制御するプログラム・コードを含んでいる。処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７はまた、選択されたプロセス集合を実行するために必要な処理チャンバ構成要素の動作を制御する様々な処理チャンバ構成要素サブルーチンの実行を制御する。処理チャンバ構成要素サブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８０、プロセスガス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブルーチン８７、及びプラズマ制御サブルーチン９０である。処理チャンバ１５でどのようなプロセスが行われるかによって、他の処理チャンバ制御サブルーチンが含まれうることを、当業者は容易に認識するだろう。動作の際、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａは、実行される個々のプロセス集合によって、選択的にプロセス構成要素サブルーチンをスケジュールするかまたは呼び出す。処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａは、シーケンサ・サブルーチン７５が次にどの処理チャンバ１５とプロセス集合を実行するかスケジュールするのとほぼ同様にプロセス構成要素サブルーチンをスケジュールする。通常、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａには、様々な処理チャンバ構成要素を監視するステップと、実行されるプロセス集合のプロセスパラメータに基づいてどの構成要素を操作する必要があるかを決定するステップと、監視及び決定ステップに応答して処理チャンバ構成要素サブルーチンを実行するステップとが含まれる。
【００３４】
個々の処理チャンバ構成要素サブルーチンの動作がここで図１Ｆを参照して説明される。基板位置決めサブルーチン８０は、基板をペデスタル１２に装填し、必要に応じて基板を処理チャンバ１５内の望ましい高さに上昇させて基板とガス分配マニホルド１１の間の間隔を制御するために使用される処理チャンバ構成要素サブルーチンを制御するプログラム・コードを含む。基板が処理チャンバ１５に装填されると、ペデスタル１２は基板を受け取るために下げられ、その後、ペデスタル１２は処理チャンバ内の望ましい高さまで上昇し、ＣＶＤプロセス中、基板をガス分配マニホルドからの最初の距離または間隔に維持する。動作の際、基板位置決めサブルーチン８０は、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａから転送された支持高さに関するプロセス集合パラメータに応答してペデスタル１２の運動を制御する。
【００３５】
プロセスガス制御サブルーチン８３は、プロセスガスの組成と流量を制御するプログラム・コードを有する。プロセスガス制御サブルーチン８３は、安全遮断弁の開／閉位置を制御し、かつ質量流量コントローラを調節して望ましいガス流量を得る。プロセスガス制御サブルーチン８３は、全ての処理チャンバ構成要素サブルーチンと同様、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａによって呼び出され、処理チャンバ・マネージャ・サブルーチンから望ましいガス流量に関するプロセスパラメータを受信する。通常、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス供給ラインを開き、繰返し、（ｉ）必要な質量流量コントローラの値を読み取り、（ｉｉ）処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａから受信した望ましい流量と読み取り値を比較し、（ｉｉｉ）ガス供給ラインの流量を必要に応じて調整することによって動作する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン８３には、ガス流量危険流量を監視し、危険状態が検出された場合安全遮断弁を起動するステップが含まれる。
【００３６】
プロセスによっては、ヘリウムまたはアルゴンといった不活性ガスが処理チャンバ１５の中に流入し、反応性プロセスガスが導入される前に処理チャンバ内の圧力を安定化させるものがある。こうしたプロセスの場合、プロセスガス制御サブルーチン８３は、処理チャンバ内の圧力を安定化させるために必要なある量の時間不活性ガスを処理チャンバ１５に流入させるステップを含むようプログラムされ、その後上記で説明されたステップが実行される。さらに、プロセスガスが液体前駆物質、例えばテトラエチルオルトケイ酸塩（「ＴＥＯＳ」）から気化される場合、プロセスガス制御サブルーチン８３は、バブラー組立体中の液体前駆物質を通じてヘリウムのような供給ガスを泡立たせるか、またはヘリウムまたは窒素のようなキャリア・ガスを液体噴射装置に導入するステップを含むように書かれる。この種のプロセスのためにバブラーが使用される場合、プロセスガス制御サブルーチン８３は、供給ガスフロー、バブラー内の圧力及びバブラーの温度を調整し、望ましいプロセスガス流量を得る。上記で論じられたように、望ましいプロセスガス流量は、プロセスパラメータとしてプロセスガス制御サブルーチン８３に転送される。さらに、プロセスガス制御サブルーチン８３には、所与のプロセスガス流量に関する必要な値を含む保存された表にアクセスすることで、望ましいプロセスガス流量について必要な供給ガス流量、バブラー圧力及びバブラー温度を得るステップが含まれる。必要な値が得られると、供給ガス流量、バブラー圧力及びバブラー温度が監視され、必要な値と比較されて、しかるべく調整される。
【００３７】
圧力制御サブルーチン８５は、処理チャンバの排気装置の絞り弁の開口の大きさを調整することで、処理チャンバ内の圧力を制御するプログラム・コードを含む。絞り弁の開口の大きさは、合計プロセスガス流、処理チャンバの大きさ、及び排気装置のポンピング設定値圧力に関して処理チャンバ圧力を望ましいレベルに制御するよう設定される。圧力制御サブルーチン８５が呼び出されると、目標圧力レベルがパラメータとして処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａから受信される。圧力制御サブルーチン８５は、処理チャンバに接続された１つかそれ以上の従来の圧力マノメータを読み取ることで処理チャンバ１５内の圧力を測定し、測定された値を目標圧力と比較し、目標圧力に対応する保存された圧力表からＰＩＤ（比例積分及び微分）値を獲得し、圧力表から得られたＰＩＤ値によって絞り弁を調整する。また、圧力制御サブルーチン８５は、特定の開口寸法に絞り弁を開閉し、処理チャンバ１５を望ましい圧力に調整するよう書かれることもある。
【００３８】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板２０を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するプログラム・コードを含む。ヒータ制御サブルーチン８７はやはり処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａによって呼び出され、目標または設定値温度パラメータを受信する。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２に配置された熱電対の電圧出力を測定することで温度を測定し、測定された温度を設定値温度と比較し、加熱ユニットに印加される電流を増減して設定値温度を得る。温度は保存された変換表で対応する温度を参照するか、または４次多項式を使用して温度を計算することで測定電圧から得られる。埋め込み式ループを使用してペデスタル１２を加熱する場合、ヒータ制御サブルーチン８７はループに印加される電流の増減を徐々に制御する。さらに、内蔵型フェールセーフ・モードが含まれ、プロセスの安全準拠性を検出し、処理チャンバ１５が正しく設定されていない場合加熱ユニットの動作を停止することがある。
【００３９】
プラズマ制御サブルーチン９０は、処理チャンバ１５内のプロセス電極に印加される低及び高周波ＲＦ電力レベルを設定し、利用される低周波ＲＦ周波数を設定するプログラム・コードを含む。プラズマ制御サブルーチン９０にはまた、マグネトロンまたは本発明で使用される他のマイクロ波ソースの電源を投入し、そこに印加される電力レベルを設定／調整するプログラム・コードが含まれる。前に説明された処理チャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン９０は処理チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００４０】
上記のＣＶＤ装置の説明は主として例示目的であり、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合高周波高密度プラズマＣＶＤ装置等といった他の機器が本発明と共に使用され、改良された装置を提供することがある。さらに、ペデスタルの設計、ヒータの設計、高周波電力周波数、高周波電力接続の位置等の変化といった上記で説明された装置の変形が可能である。例えば、ウェハが石英灯によって支持され加熱されることがある。本発明は必ずしも何らかの特定の装置と共に使用またはそれに取り付けられるよう制限されるものではないことが認識されるだろう。
【００４１】
【ＩＩ．遠隔プラズマクリーニングソース】
上記で論じられたように、不必要な堆積は、ヒータ、装置のプロセスキット・パーツ及び処理チャンバ壁を含む処理チャンバ１５の何れかの高温の表面に発生しうる。不必要な残留物を除去するために、図２に示される遠隔プラズマ・ソース３００は、処理チャンバ１５、三フッ化窒素（ＮＦ3）のようなフッ素ソースガスの供給源３０４，及びアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ2）のような不活性ソースガスの供給源と流通する。この方法で、供給源３０４からのフッ素ソースガスと供給源３０６からの不活性ソースガスは、処理チャンバのポンピング及び排気装置（図示せず）の真空によってプラズマ・ソース３００に流入し、そこでプラズマが形成される。プラズマは、フッ素ソースガスから形成された複数の遊離基と不活性ソースガスに由来する解離原子を含む。遊離基と解離原子の上記の混合物はクリーニング混合体を画定する。クリーニング混合体は、真空の力によって、プラズマ・ソースから処理チャンバ１５に流れる。処理チャンバ１５に入る際、クリーニング混合体中のフッ素遊離基は処理チャンバ１５内に存在する不必要な堆積物と反応する。例えば、処理チャンバ１５内にケイ化タングステンが存在し、処理チャンバ１５とチャンバ構成要素がアルミニウムで製造されている場合、フッ素遊離基はＷＦ6、ＳｉＦ4及びＡｌＦ3を形成する。
【００４２】
好適実施形態では、プラズマ・ソース３００は、低電界トロイダル・プラズマを使用してプラズマに導入されるガスフローを解離する独立型原子フッ素発生器であり、０１８０１−１０５３、マサチューセッツ州ウォーバーン、キャボット・ロード３５のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．によってアストロンの商標で販売されている。アストロンは競合するフッ素発生器と比較して、処理チャンバへのフッ素遊離基の非常に高い流量を提供する。フッ素遊離基の流量は、処理チャンバ１５内の不必要な堆積物のエッチング速度に比例する。従って、アストロンを利用して反応性プラズマクリーニングプロシージャを行うことで、処理チャンバ１５を洗浄するために必要な時間は大きく短縮される。
【００４３】
しかし、アストロンが遭遇した問題は、アストロン中のフッ素ソースガスの量が急速に増大するため、プラズマが消失し、アストロンが提供する時間短縮が制限されるということであった。上記の問題に対する解決法は、プラズマの消失はアストロンへのフッ素ソースガスの流入に起因する圧力の急上昇によるということの発見であった。この圧力の急上昇は、多数の原子を有するフッ素ソースが解離して、フッ素ソースがプラズマへ流入され始める数分の１秒の間に存在する非常に多くの遊離基になることの結果である。アストロン中に存在するフッ素ソースガスに対する不活性ソースガスの１：１を越える比を提供することで、上記の圧力の急上昇は回避されプラズマは消失しないことがわかった。そのため、プラズマがフッ素ソースガスフローがない状態でアストロン内で形成される、すなわち、プラズマが最初に形成される時アストロン内には不活性ソースガスフローだけが存在する。その後、フッ素ソースガスフローがアストロンに導入され、上記の比を確実に満足しながら１．６７ｓｃｃ／ｓ2の割合で加速される。好適には、フッ素ソースガスフローは安定した流量に到達するまで加速され、アルゴンの流量とフッ素ソースガスの安定した流量は、フッ素ソースガスに対する不活性ソースガスの比が３：２になるように設定される。
【００４４】
図３を参照すると、アストロンを操作する例示方法では、ステップ４０２で、アストロンは供給源３０４から分離される。ステップ４０４で、アルゴンが１３．３３ｓｃｃ／ｓの流量でアストロンに流入する。ステップ４０６で、プラズマが形成される。ステップ４０８で、フッ素ソースガスが流入するが、流入し始めてから最初の１秒で、フッ素ソースガスの流量は１．６７ｓｃｃ／ｓであり、１．６７ｓｃｃ／ｓ2の一定の割合で加速されて８．３３ｓｃｃ／ｓの安定した流量に達し、その時点で流れの加速は終了する。その後、ステップ４１０で、アストロンへの不活性ソースガスとフッ素ソースガス両方の流量は、それぞれ約２５ｓｃｃ／ｓと１５．８３ｓｃｃ／ｓまで増加する。流量２５ｓｃｃ／ｓの不活性ソースガスと流量１５．８３ｓｃｃ／ｓのフッ素ソースガスからなるプラズマがクリーニング混合体を画定する。ステップ４１２で、そのクリーニング混合体が処理チャンバ１５に導入される。
【００４５】
図４を参照すると、本発明による別の例示方法では、ステップ５０２で、アストロンは供給源３０４から分離される。ステップ５０４で、アルゴンが１６．６７ｓｃｃ／ｓの流量でアストロンに流入する。ステップ５０６で、プラズマが形成される。ステップ５０８で、フッ素ソースガスが１３．３３ｓｃｃ／ｓの流量でアストロンに流入し、２〜５秒でプラズマが安定した後、ステップ５１０で、フッ素ソースガスと不活性ソースガス両方の流れは急速に増加する。すなわち、フッ素ソースガスは、流量が２５．００ｓｃｃ／ｓまで増加するように流れ、不活性ソースガスは、流量が３６．６７ｓｃｃ／ｓまで増加するように流れる。しかし、フッ素ソースガスに対する不活性ソースガスの比は１：１より大きい。
【００４６】
本発明の付加的な利点は不活性ソースガス源としてアルゴンを使用することに関する。すなわち、本発明を利用することで、フッ素のような有害大気汚染物質（ＨＡＰＳ）が減少する。プロセス中に発生するＨＡＰＳの量を判定するために、ＨＡＰＳ測定装置１００を接続することで、図１Ａに示される排気通路２３を通じてＣＶＤ装置１０を出るガスの測定がなされる。
【００４７】
図５に示されるように、ＨＡＰＳ測定装置１００にはサンプリング・シリンダ１０２が含まれるが、その一端は排気通路２３に接続され、残りの一端は建物の排気装置（図示せず）に接続されている。サンプリング・シリンダ１０２には２つの間隔の離れたサンプリング・ポート１０４ａ及び１０４ｂが含まれ、ＵＴＩＱｕａｌｉＴｒａｃｅ四重極質量分析計（ＱＭＳ）装置１０６がサンプリング・シリンダ１０２と流通している。公害防止装置１０８も、サンプリング・シリンダ１０２及び排気通路２３と流通している。ＱＭＳ装置１０６は、２００ａｍｕの質量範囲全体にわたって完全なスペクトルを収集する「静的」モードか、または時間の関数としていくつかの異なったイオンを連続的に監視する「動的」モードの何れかで動作する。各排出物質測定の直前にガスの水準を正確に測定するために、測定器は動的希釈装置によって較正され、５桁の濃度範囲にわたって廃棄物の正確な定量化を保証する。排気ガス・サンプルが排気通路２３を通じてＱＭＳ装置１０６へ、ポンプ１１０によって絶えず抽出される。ＱＭＳ装置１０６内の圧力は、絞り弁１１２によって６５０〜７００トルに維持される。簡単に言えば、ＮＦ3は遠隔プラズマ・ソース３００を通じて流れＦとＮ原子に分解する。その後高反応性Ｆ原子は、主としてＳｉＯ2である堆積残留物と反応し、ガス廃棄物ＳｉＦ4とＯ2を形成する。
【００４８】
調査の第２の方法は、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）吸収分光学を利用して、処理チャンバ１５からの廃棄物化学種を定量的に特定する。ＦＴＩＲは、ある期間にわたってガス流を連続的に監視する代わりに、静的なサンプルの単一の赤外線干渉図形を収集する。あるガスの既知のスペクトルとの比較の後、廃棄物化学種が明確に特定できる。ＨＦイオンは二重に帯電したＡｒイオンと同様の質量対電荷比を有するため、これはＨＦの測定に有用である。従って、ＦＴＩＲは主として、最高の解像度と感度を有するＱＭＳの補助として使用される。
【００４９】
上記の測定の結果が図６及び図７に示される。図６は本発明によって発生したガスのＲＧＡ分析を示し、図７は、上記で説明された装置を使用するアストロンフッ化装置の代わりに先行技術の遠隔プラズマ・ソース発生器を利用したＲＧＡ分析を示す。上記の測定に基づいて、アストロンフッ化装置を利用することで、発生するＨＡＰＳが５０％減少することが認識される。
【００５０】
フッ素ソースガスはＮＦ3であるものとして説明されたが、希釈Ｆ2、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、ＳＦ6及びＣｌＦ3といった多様なフッ素ソースの何れか１つが利用されることもある。従って、本発明の範囲は上記の説明に関連して決定されるのではなく、添付の請求項と、その請求項が権利を有する同等物の全範囲に関連して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、本発明によって使用されるＣＶＤ装置のような例示基板処理装置の１つの実施形態の垂直断面図である。Ｂは、本発明によって使用されるＣＶＤ装置のような例示基板処理装置の１つの実施形態の垂直断面図である。Ｃは、図１Ａに示されるＣＶＤ処理チャンバの部品の分解透視図である。Ｄは、図１Ａに示されるＣＶＤ処理チャンバの部品の分解透視図である。Ｅは、１つかそれ以上の処理チャンバを含む装置の装置監視及びＣＶＤ装置１０の単純化した図である。Ｆは、ある特定実施形態による、システム制御ソフトウェアの階層的制御構造の例示構成図を示す。
【図２】本発明による遠隔マイクロ波プラズマ・ソース洗浄装置の単純化した平面図である。
【図３】本発明による遠隔マイクロ波プラズマクリーニングプロシージャを行うステップを例示する流れ図である。
【図４】本発明のもう１つの実施形態による遠隔マイクロ波プラズマクリーニングプロシージャを行うステップを例示する流れ図である。
【図５】図１Ａ及び図１Ｂに示される基板処理装置に接続された有害大気汚染物質（ＨＡＰＳ）測定装置の単純化した平面図である。
【図６】本発明による基板処理装置からの産出ガスの構成を示すグラフである。
【図７】先行技術の基板処理装置からの産出ガスの構成を示すグラフである。
【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１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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