(57)【要約】【課題】ウエハの表面のクリーニング後に、ウエハの表裏を反転させることなく、ウエハの裏面をクリーニングできる方法を提供する。【解決手段】  ウエハ１０２を処理するためのチャンバ１００は、チャンバ１００の内部空間を上側部分１０６と下側部分１０８とに分離するためのリング１０４を有している。ウエハ１０２の表面１１０は上側部分１０６に位置し、裏面１１２は下側部分１０８に位置する。このように、リング１０４で裏面１１２が位置する領域を、表面１１０が位置する領域から分離させることによって、裏面１１２だけを対象にして、目的とするプロセスガスをチャンバ１００に導入することが可能となる。具体的には、ウエハ１０２の裏面１１２をクリーニングする際は、チャンバ１００の下側部分１０８にのみプロセスガスを導入することが可能となる。その結果、ウエハ１０２の表面１１０に大きな影響を与えることなく、ウエハ１０２の裏面１１２をクリーニングすることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ処理システムであって、
処理チャンバと、
処理中にウエハを支持するウエハ支持手段と、
前記チャンバ内にプロセスガスを導入するためのガス注入口と、
前記ウエハ支持手段の周囲に前記ウエハと略同一平面上に配置され、前記チャンバを上側部分と下側部分とに分離するリングプレートとを備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハ処理システムであって、
前記リングプレートは、前記上部と前記下部との間の圧力のバランスを取るための複数の小孔を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のウエハ処理システムであって、
前記リングプレートは、導電性の外側部分と、前記ウエハを前記外側部分から電気的に絶縁する非導電性の内側部分とを有することを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のウエハ処理システムであって、
前記リングプレートはインナーレッジを有することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項２に記載のウエハ処理システムであって、
前記小孔の直径は、約０．５〜３．０ｍｍであることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項２に記載のウエハ処理システムであって、
前記ガス注入口は、前記チャンバの下部に設けられることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のウエハ処理システムであって、
前記ウエハ支持手段は、支持プレートと、前記支持プレートの表面から延びるピンとから成ることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のウエハ処理システムであって、
前記支持プレートは導電性であり、前記ピンは非導電性であることを特徴とするシステム。
【請求項９】
ウエハ処理チャンバを上側部分と下側部分とに分離するリングプレートであって、
ウエハと略同一サイズの円形孔と、
前記円形孔から前記処理チャンバの壁部に向かって外側に延びる実質的な平面部分と、
前記平面部分を貫通して設けられる複数の小孔とを備えるリングプレート。
【請求項１０】
請求項９に記載のリングプレートであって、
前記円形孔の外半径を規定する円形レッジをさらに備えることを特徴とするリングプレート。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリングプレートであって、
前記円形レッジは非導電性であり、前記実質的な平面部分は導電性であることを特徴とするリングプレート。
【請求項１２】
請求項９に記載のリングプレートであって、
前記実質的な平面部分の厚さは、約３〜１０ｍｍであることを特徴とするリングプレート。
【請求項１３】
請求項９に記載のリングプレートであって、
前記実質的な平面部分の外周は、円形であることを特徴とするリングプレート。
【請求項１４】
処理チャンバ内で半導体デバイスを処理する方法であって、
前記チャンバ内に半導体基板を配置するステップと、
前記基板の表面が前記チャンバの上側部分に位置し、前記基板の裏面が前記チャンバの下側部分に位置するように、前記チャンバを上側部分と下側部分とに分離するステップと、
前記上側及び下側部分の一方に、プロセスガスを導入するステップと、
前記上側部分と前記下側部分との間の圧力のバランスを取るステップと、
前記基板における前記プロセスガスにさらされた側の面だけを処理するステップとを含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記半導体基板はシリコンウエハであることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
前記分離するステップは、その中心に大きな孔が形成され、前記大きな孔から外側に延びる部分の随所に小さな孔が形成されたプレートを設置することを含む方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記処理は、前記基板の裏面のクリーニングであることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、
前記プロセスガスは、前記チャンバの下側部分に導入されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、
前記基板の裏面を処理環境にさらすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記処理環境にさらすステップは、前記基板を、前記基板の下側に位置するプレートから延びるピン上に支持させることを含む方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の方法であって、
プラズマを前記基板の裏面の下側で局所的に発生させることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の方法であって、
前記チャンバを約１００トル又はそれ以下まで加圧することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１４に記載の方法であって、
処理中、前記チャンバを約６００℃又はそれ以下の温度に保つことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に半導体製造の分野に関し、特にウエハの裏面をクリーニングするための構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造中、シリコンウエハなどのウエハは、処理チャンバ内で処理される。前記処理は、シリコンウエハ上に様々な物質の層を堆積、パターニング及びエッチングするなどの様々なものがある。しかしながら、それらの処理によって、堆積層又は作成されたデバイスの品質に悪影響を及ぼし得る汚染物質が処理環境内に持ち込まれる。例えば、ダストやエッチングされた物質がウエハ面と接触すると、層の堆積を妨げる。同様に、フォトリソグラフィやエッチングを妨げる。
【０００３】
そのため、ウエハの表面（処理チャンバ内で上を向いている面）と裏面（処理チャンバ内で下を向いている面）は、プロセスの間中、クリーニングする必要がある。ウエハ面をクリーニングして、不純物や他の不要な物質を除去することにより、その後の処理の質を高めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ウエハの表面は、例えば、ＨＣｌ、ＣｌＦ３、ＮＦ３、又は他の従来のクリーニングガスによってクリーニングしていた。そして、表面のクリーニング後、裏面をクリーニングするために、ウエハの表裏を反転させていた。しかし、ウエハの表裏を反転させるためには余分なステップと時間が必要になったり、チャンバ構造が複雑になったりする。また、ウエハの裏面をクリーニングする間、ウエハの表面を保護するために、例えば表面を保護層で覆ったり、その保護層を取り除いたりする余分なステップが必要となる。また、ウエハの表裏を反転させる際に、ウエハをハンドリングすることによって、ウエハが損傷する可能性が増加する。そこで、これらの問題点を解決した、ウエハの裏面をクリーニングするための構造及び方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態では、ウエハの周囲に配置されるリングプレート（以下、「リング」と記載する）は、ウエハの表面が処理チャンバの上側部分に位置し、ウエハの裏面が処理チャンバの下側部分に位置するように、チャンバ内の空間を上下に仕切る。結果として、チャンバの下側部分に導入されたプロセスガスは、リングによって上側部分とは実質的に隔離される。つまり、プロセスガスは、下側部分にのみ充満する。そして、ウエハの裏面を、光線（光子）やプラズマなどを使用した方法によってクリーニングすることができる。
【０００６】
ある実施形態では、リングプは、チャンバの上側部分と下側部分との間の圧力を均一にするための小さな孔を有する。この孔は十分に小さいので、上側部分と下側部分との間での相互の影響はほとんどない。ある実施形態では、孔のサイズは、波長の約４分の１又はそれ以下の大きさである。リングは、金属などの導電性材料からできている。リングの内周には、ウエハをリングの外側部分から電気的に絶縁する非導電性のへり（lip）又レッジ（ledge）が設けられている。このリングは、プラズマを発生させるための電極として使用される。もう一方の電極としては、導電性プレート（支持プレート）を使用することができる。導電性プレートの表面には、処理チャンバ内でウエハを支持するためのピンが突出して形成されている。ウエハは、クリーニングされる裏面が露出した状態で、ピン上に載置される。そして、両方の電極（リングと導電性プレート）に電圧を印加すると、ウエハの裏面と導電性プレートとの間でプラズマが局所的に発生し、ウエハの裏面をクリーニングする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態に係る、ウエハ処理チャンバ１００の側面図である。このチャンバ１００はウエハ１０２を処理するためのものであって、チャンバ１００の内部空間を上側部分１０６と下側部分１０８とに分離するためのリング（リングプレート）１０４を有している。ウエハ１０２の表面１１０は上側部分１０６に位置し、裏面１１２は下側部分１０８に位置する。このように、リング１０４で裏面１１２が位置する領域を、表面１１０が位置する領域から分離させることによって、裏面１１２だけを対象にして、目的とするプロセスガスをチャンバ１００に導入することが可能となる。具体的には、ウエハ１０２の裏面１１２をクリーニングする際は、チャンバ１００の下側部分１０８にのみプロセスガスを導入することが可能となる。その結果、ウエハ１０２の表面１１０に大きな影響を与えることなく、ウエハ１０２の裏面１１２をクリーニングすることが可能となる。したがって、従来技術よりも低温で効率的なクリーニングが可能となる。
【０００８】
図２は、リング１０４の斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った、リング１０４の断面図である。リング１０４の内周には、ウエハ１０２を支持するためのへり（lip）又はレッジ（ledge）２００が設けられている。リング１０４の内周（又は孔）の半径は、ウエハのサイズに応じて様々に設定される。レッジ２００の幅は、ウエハ１０２支持するのに十分な幅に設定される。ある実施形態では、リング１０４の孔の半径は、ウエハの半径よりも約２〜１０ｍｍ小さい。つまり、レッジ２００の幅は、約２〜１０ｍｍである。なお、実際の半径は、エッジ除外長などの要素を考慮して決定される。
【０００９】
レッジ（棚部）２００の深さは、ある実施形態では、約１〜５ｍｍである。そのため、ウエハ１０２の表面１１０とリング１０４の上面は、ほぼ同一平面となる。リング１０４の全体厚さ（高さ）は、ある実施形態では、約３〜１０ｍｍである。リング１０４は、例えば金属などの導電性材料からできている。リング１０４のリング状の内側部分２０２は、例えば石英やセラミックなどの非導電性材料からできており、ウエハ１０２をリング１０４の導電性部分から電気的に絶縁する（詳細については後述する）。
【００１０】
リング１０４には、実質的にチャンバ１００の上側部分１０６と下側部分１０８との間の圧力のバランスを取る（又は均一にする）ための小孔２０４が随所に形成されている。上側部分１０６と下側部分１０８との間の圧力差が著しく大きければ、ウエハは曲がったり、破損したり、他のダメージを受けたりする。小孔２０４のサイズは、上側部分１０６と下側部分１０８との間での大きな相互の影響を防止できるだけの、十分に小さいサイズである。また、小孔２０４のサイズは、上側部分１０６と下側部分１０８との間での圧力を均一できるだけの、十分に大きいサイズである。ある実施形態では、小孔２０４のサイズは、プロセスガス又はプラズマのイオンの波長に応じて決定される（例えば、直径は波長の約１／４である）。例えば、小孔２０４の直径は、約０．５〜３．０ｍｍである。当業者なら容易に理解できるであろうが、小孔２０４の直径が同じであれば、リング１０４の厚さが薄いほど伝導性は低くなる。
【００１１】
図１に戻って、ウエハ１０２は、サセプタ又は導電性プレート（支持プレート）１２０の上面で、非導電性又は絶縁性のピン１１８によって支持される。ウエハ１０２の裏面１１２は、ピン１１８と接触する。本明細書中では、「裏面」はウエハの非研磨面を意味し、「表面」は通常の研磨面（後の半導体回路の形成を容易にすべく、通常の研磨によって非常に平面化された面）を意味する。リング１０４は、ウエハ１０２と略同一平面上に位置する。リング１０４とウエハ１０２の長さ及び幅は、チャンバ１００の内部の長さ及び幅に実質的に及ぶ。リング１０４は、チャンバ１００の壁部に設けられたレッジ又はへりに取り付けられる。リング１０４を貫通する孔２０４は、ある実施形態では、上側部分１０６及び下側部分１０８の圧力を１０トール以内で均一にする。
【００１２】
導電性プレート（支持プレート）１２０は、上下移動可能及び回転可能なロッド１２２に取り付けられる。ロッド１２２は、ウエハ１０２を装着する際及び取り外す際に上下に移動する。ウエハ１０２は、開口部１２４からチャンバ１００の内部に挿入される。チャンバ１００の開口部１２４は、ゲート弁１２６によって密閉可能である。ゲート弁１２６は、ウエハ処理中の密閉開口部（seal opening）１２４や、ウエハ１０２をチャンバ１００の内外に移動させるために開口部１２４を開放するときの開蓋開口部（uncover opening）１２４として動作可能である。例えば、ウエハ・カセットと処理チャンバとの間のウエハの移動は、ロボットアセンブリや他のメカニズム（図示せず）によって行うことができる。また、様々な半導体製造ステップ中にロッド１２２が回転することによって、均一なガスの分解及びエッチングが可能となる。ロッド１２２は、導電性プレート１２０を昇降させる昇降手段に（例えば流体作動シリンダやモータなど）連結されている。
【００１３】
ある実施形態では、チャンバ１００の上部には、ランプ１２８が設けられている。ランプ１２８とウエハ１０２との間には、ランプ１２８から照射される光エネルギー又は光子を加熱されたウエハ１０２に伝達させるのを可能にすべく、透光性窓１３０が配置される。フィルタされた又はされていない光は、処理中にウエハ１０２に照射される。したがって、窓１３０は、フィルタ性の窓であってもよいし、非フィルタ性の窓であってもよい（例えば石英やセレン化亜鉛から作られる）。熱源としては、例えばサセプタ、ホットプレート又はランプなどの任意の適切なウエハ用熱源を使用することができる。ランプは１つでもよいし、複数のランプを並べてもよい。複数のランプの場合は、各ランプは、ウエハ及び他のランプの両方に対して、ウエハの表面を均一に加熱できるような距離（位置）に配置される。
【００１４】
チャンバ１００の下部には、様々なプロセスガスをチャンバ１００内に導入するためのガス注入口１３２が形成されている。ガス注入口１３２は、図示しないガス源に接続されている。また、チャンバ１００の下部には、チャンバ１００内からガスを排出するためのガス排出口１３４が形成されている。プロセスガスは、従来のクリーニングガスや、プラズマ・エッチングに使用されるエッチングガスを用いることができる。なお、ガス注入口及びガス排出口は、使用目的や用途に応じて、チャンバの上部に、又は、下部及び上部の両方に設けることもできる。
【００１５】
本発明のある実施形態では、プラズマ・エッチングは、ウエハの裏面をエッチングするために使用される。導電性プレート１２０は、プラズマを発生させるための導電性電極として作用する。図４は、ウエハを支持するためのピン４００を有する導電性プレート１２０の斜視図である。ピン４００は、プレート１２０の表面から、上向きに突出している。ある実施形態では、プラズマによってウエハの裏面をクリーニングできるように、ウエハの裏面はプレート１２０の表面から約０．２５〜１インチ離れている。ピン４００は、ある実施形態では、ウエハの裏面の非常に小さい表面領域とのみ接触するように、鋭利な先端部４０２を有している。したがって、ウエハの裏面のほとんどは、クリーニング処理中は露出している。図４では、３つの同一のピン４００を示しているが、異なる数及び構造のピンを用いることもできる。ただし、ウエハを適切に支持するためには、最低限３つのピンが必要である。ピン４００は、ウエハの裏面の処理を妨げないように、非導電性物質又は誘電物質からできている。
【００１６】
クリーニング又はエッチングのためのプラズマは、従来の発電装置又は方法によって発生させる。図１を参照して、ある実施形態では、ウエハ１０２とプレート１２０との間で、局所的なプラズマを発生させるために、ＡＣ、ＤＣ又はＲＦなどの電圧を導電性プレート１２０とリング１０４に印加する。チャンバ１００内の適切な圧力は、０．００１ミリトールから約１００トールの間である。約１００トール又はそれ以下の圧力は、ストリークがほとんど無い、比較的均一なプラズマを発生させる。他の実施形態では、圧力は５０トール又はそれ以下である。
【００１７】
クリーニング又はエッチングガスは、ガス注入口１３２からチャンバ１００内に注入される。プラズマ・エッチング又はクリーニングに適しているプロセスガスは、フッ素又は塩素ラジカルを生成できるガスである。フッ素又は塩素ラジカルは、ウエハ１０２の裏面１１２と反応して、不要物質又は汚染物質を除去する。そのようなガスとしては、例えば、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＣｌ、ＣｌＦ３、ＳＦ６、ＣＣｌ２Ｆ２、Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４、ＢＣｌ３、ＳＣｌ４、Ｃｌ２、Ｃ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ６、ＣＣｌ４、ＣＢｒＦ３、ＣＦ２Ｃｌ２、及びＣＨ２Ｆ２がある。チャンバ１００内に２つ以上のガスを流入させる場合は、そのガス混合物は、例えばアルゴン、ネオン又はヘリウムなどの不活性又は非反応性ガスをさらに含み得る。処理又はクリーニングが完了するとすぐに、チャンバ１００内のガスはガス排出口１３４から排出される。
【００１８】
処理中のチャンバ内の温度は、室温から約６００℃の範囲である。チャンバ内の温度は、チャンバ内に注入されるガスの温度又は他の適切な手段によって調整される。プラズマの発生時間及び電力レベルは、例えば電力レベル、クリーニングする物質の量、クリーニングする物質のタイプ、チャンバ内の温度、及び、導電性プレートとウエハ裏面との間の距離などの様々な要素に応じて決定される。
【００１９】
他の実施形態では、ウエハの裏面をクリーニングするのに、光線又は光子が使用される。上述したように、リング１０４によってチャンバ１００の上側部分１０６と下側部分１０８とを分けて、ウエハの裏面をクリーニングするためのプロセス又はクリーニングガスをチャンバ１００の下側部分にだけ導入する。光線だけでは、反応速度は遅い。したがって、ランプ１２８又は他の熱源によって、ウエハ１０２を加熱する。適切なランプとしては、ハロゲン・ランプ、水銀ランプ、キセノン・ランプ、アルゴン・ランプ、クリプトン・ランプ、及びカドミウム・ランプがある。熱源は、所望する光エネルギーなどの様々な要素に応じて選択される。例えば、可視光線及び赤外線を生成するのには、タングステン・ハロゲン・ランプが使用される。水銀（Ｈｇ）ランプは、低圧、中圧又は高圧で、スペクトル線を生成する（ただし、強度比は圧力によって異なる）。ランプの動作及び操作は、任意の適切な従来の手法によって行う。
【００２０】
図５は、本発明に係る、ウエハの裏面をクリーニングする方法を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
ステップ５００では、処理又はクリーニングするウエハを処理チャンバ内に挿入する。ある実施形態では、ウエハは、プレートの表面から突出したピン上に載置される。ピンは、ウエハの裏面をクリーニングするために、ウエハの裏面と、その下側に位置するプレートとの間の間隔を保つ。
【００２２】
続くステップ５０２では、ウエハと同一平面上に位置する導電性リングによって、チャンバの内部を上側部分と下側部分とに分離する。ウエハの表面はチャンバの上側部分に位置し、ウエハの裏面はチャンバの下側部分に位置する。次に、プロセスガスがチャンバの上側部分又は下側部分に導入されたとき、平衡又は等圧化手段によって、圧力の大きな不均衡が生じないように、平衡又は等圧化する。ある実施形態では、等圧化手段は、リングの随所に形成された貫通孔である。貫通孔のサイズは、圧力を平衡させるだけの、十分に大きいサイズである。また、貫通孔のサイズは、上側部分又は下側部分の一方に導入されたプロセスガスが、他方に影響を与えるほど大きくはない。
【００２３】
ステップ５０４では、チャンバの上側部分又は下側部分に処理環境を作成する。ある実施形態では、クリーニング又はエッチングガスをチャンバの下側部分に導入して、ウエハの裏面のクリーニングを行う。任意の適切な従来のプロセスガス（クリーニング又はエッチングガス）を使用して、例えば、プラズマクリーニングを行うことができる。また、光エネルギーを使用したクリーニングプロセスを行うことができる。
【００２４】
プラズマクリーニングを行う場合は、一対の電極に印加することによって、ウエハ裏面の下側にプラズマを局所的に発生させる。ある実施形態では、上述したように、一方の電極はリングであり、他方の電極はリングの下側のプレートである。
【００２５】
ステップ５０６では、クリーニング後に、チャンバ内のガスをガス排出口から排出する。そして、ステップ５０８では、さらなる処理を続ける、又は、チャンバ内からウエハを取り出す。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態ではリングの外周及び内周は円形だが、リングは様々な要素（例えばチャンバ内部の形状）に応じて他の形状であってもよい。また、本実施形態ではウエハ裏面のクリーニングについて詳細に説明したが、本発明をウエハ表面のクリーニングに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るウエハ処理チャンバの側面図である。このチャンバ１００はリング１０４を有しており、ウエハの裏面の処理（特に、クリーニング）に使用される。
【図２】図１に示したリング１０４の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った、リング１０４の断面図である。
【図４】図１に示したチャンバ１００内に設置される導電性プレート１２０の斜視図である。この導電性プレート１２０の上面には、ウエハ１０２を支持するためのピン４００が上向きに突き出ている。
【図５】本発明の一実施形態に係る、ウエハ裏面のクリーニング方法を説明するためのフローチャートである。
【図１】
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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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