(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース処理用の真空チャンバ内にプロセス気体を供給する第１ポートに詰まった処理残留物を除去する方法であって、
第１ポートを介しての真空チャンバ内へのプロセス気体の供給を終了させる段階と、
第１ポート内の洗浄気体の圧力が真空チャンバ内の洗浄気体の圧力と等しくなるように第１ポートとは別の第２ポートを介して洗浄気体を真空チャンバ内に供給し該洗浄気体をプラズマ化してそのイオン衝撃によるエッチングによって第１ポートに詰まった処理残留物を除去する段階とを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
ワークピースはウェハであり、真空チャンバはその上にウェハが置かれるチャックを有しており、
第２ポートを介して洗浄気体を真空チャンバ内に供給する前にチャックの上にカバー・ウェハを置く段階をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１ポートに詰まった処理残留物を除去する段階の後に洗浄気体のプラズマ化により生じ第１ポート内及び真空チャンバ内に残存する洗浄物質をゲッタ除去する段階と、
第１ポート内及び真空チャンバ内に残存する洗浄物質のゲッタ除去する段階の後にチャックの上に置かれているカバー・ウェハを真空チャンバから取り出す段階とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
真空チャンバ内でワークピースを処理し、ワークピースが処理されていないときに真空チャンバを洗浄をする方法であって、
第１ポートを介してプロセス気体を真空チャンバ内に供給し該プロセス気体をプラズマ化して真空チャンバ内のワークピースを処理する段階と、
ワークピースが処理されていないときに第１ポート内の洗浄気体の圧力が真空チャンバ内の洗浄気体の圧力と等しくなるように第１ポートとは別の第２ポートを介して洗浄気体を真空チャンバ内に供給し該洗浄気体をプラズマ化してそのイオン衝撃によるエッチングによって、ワークピースを処理する段階で第１ポートに詰まった処理残留物と真空チャンバの内壁面に被覆した処理残留物を除去する段階とを備える、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
ワークピースを処理する段階では第１ポートを介して真空チャンバ内に供給されるプロセス気体と化学反応を生じ、且つ、それ自体では処理残留物を形成しない処理プラズマ形成用の第２プロセス気体を第２ポートを介して真空チャンバ内に供給する、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第２プロセス気体はアルゴン及び酸素を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１プロセス気体はＳｉＨ4を含み、処理残留物はＳｉＯ2を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ワークピースを処理する段階では第１ポートを介して真空チャンバ内に供給されるプロセス気体と化学反応を生じ、且つ、それ自体では処理残留物を形成しない処理プラズマ形成用の第２プロセス気体を第１，第２ポートとは別の第３ポートを介して真空チャンバ内に供給する、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
ワークピースはウェハであり、真空チャンバはその上にウェハが置かれるチャックを有しており、
第２ポートを介して洗浄気体を真空チャンバ内に供給する前にチャックの上にカバー・ウェハを置く段階をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
洗浄気体はＮＦ3である、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
第１ポートに詰まった処理残留物と真空チャンバの内壁面に被覆した処理残留物を除去する段階の後に洗浄気体のプラズマ化により生じ第１ポート内及び真空チャンバ内に残存する洗浄物質をゲッタ除去する段階とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
プロセス気体供給用の第１ポートと洗浄気体供給用の第２ポートを有する真空チャンバ内に第１ポートを介してプロセス気体を供給し該プロセス気体をプラズマ化して真空チャンバ内のワークピースを処理したときに第１ポートに詰まった処理残留物と真空チャンバの内壁面に被覆した処理残留物を除去する方法であって、
真空チャンバ内に第１ポートを介してプロセス気体が供給されていないときに第１ポート内の洗浄気体の圧力が真空チャンバ内の洗浄気体の圧力と等しくなるように第２ポートを介して洗浄気体を真空チャンバ内に供給し該洗浄気体をプラズマ化してそのイオン衝撃によるエッチングによって第１ポートに詰まった処理残留物と真空チャンバの内壁面に被覆した処理残留物を除去する段階を備える、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
洗浄気体はＮＦ3である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は化学的気相付着システムの分野、さらに詳細には、このシステムのプラズマ・チャンバに注入されたプロセス気体によって残された残留物を洗浄する装置および方法に関する。
発明の背景
化学的気相付着（ＣＶＤ）システムでは、通常は化学物質気体が反応するチャンバを利用する。これらの反応により物質がウェハ表面に蒸着し、例えば集積回路を構成する誘電体、導体、および半導体の薄膜層を形成する。化学的気相付着システムでは、プロセス気体はその中でプラズマが形成されるプラズマ・チャンバに注入される。プロセス気体（例えばＳｉＨ4（シラン））のプラズマ内のイオン衝撃により、チャンバ内に事前に配置されたウェハ上にケイ素が蒸着することになる。この蒸着段階中に、ジェット・スクリューとも呼ばれる気体注入ポートには、通常は、気体注入ポートに流入する結合ＳｉＨ4（プロセス気体）および酸素遊離基から形成されるケイ素を多く含む酸化物の残留物が詰まる。これら酸素遊離基は、プラズマ・チャンバから生じる。
残留物はチャンバの壁面を被覆し、気体注入ポートを詰まらせやすくもする。チャンバおよび気体注入ポートは、蒸着のたびにその後に洗浄する必要がある。これにより、各ウェハは同じ環境に置かれ、蒸着プロセスが反復可能になることが保証される。洗浄するためにチャンバを開くと（ハードウェアの交換）非常に作業負担が大きくコストもかかるので、チャンバ自体を開くことなくチャンバの壁面から蒸着物を除去する方法がこれまでに開発されてきた。この「インサイツ（ｉｎｓｉｔｕ）」洗浄は、過去にはフッ素を使用して実施されていた。フッ素はＮＦ3としてチャンバに注入される。フッ素は、イオン衝撃をともなうとケイ素および二酸化ケイ素を高速でエッチングすることで知られる。高周波（ＲＦ）出力がイオン衝撃のエネルギーを提供し、ＮＦ3はフッ素の源として働く。
通常は、ウェハは、ＣＶＤシステム中での蒸着を通じて処理された後、ロード・ロックに移送される。カバー・ウェハは次いでチャンバに転送され、チャック上に置かれる。カバー・ウェハはアルミニウムで被覆された標準のケイ素ウェハである。これは、後続のプラズマ洗浄およびコンディショニング段階からチャック表面を保護する。
ＲＦ出力はチャンバに印可され、ＮＦ3はチャンバに注入される。壁面は酸化物の蒸着物を洗浄されることになる。しかし依然として、相当量のフッ素がチャンバ中および壁面上に存在し、また単体粒子が存在する可能性がある。このため、事前蒸着コンディショニング段階がしばしば必要となる。このコンディショニング段階は、基本的にはフッ素をゲッタリングし、粒子をチャンバ壁面上に付着させる蒸着である。この事前蒸着コンディショニング段階が完了すると、カバー・ウェハはそのカセットに戻され、次いで次のウェハを処理することができる。
気体をチャンバに送入する従来のシステムでは、蒸着プロセス気体（ＳｉＨ4）とインサイツ洗浄気体（ＮＦ3）との間で注入ポートが共有される。このような装置を、プロセス・チャンバの一部分を概略的に描写する従来技術の第１図に示す。プラズマ・チャンバ１０は、ポート１２から酸素をプラズマ・チャンバの内部１４に注入する。プラズマ・チャンバ１４内で酸素遊離基が形成される。蒸着プロセス気体およびインサイツ洗浄気体が共有する注入ポートは、参照番号１６で描写される。蒸着段階中に、気体注入ポート（「ジェット・スクリュー」とも呼ばれる）には、結合ＳｉＨ4およびプラズマ・チャンバから生じる流入する酸素遊離基によって形成されるケイ素を多く含む酸化物の残留物が詰まる。
前述のように、インサイツ洗浄気体は、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素）残留物を化学的にエッチングするようになっている。しかし、ジェット・スクリューの前の超音速気体流によって生じる高圧により、フッ素により誘導されるＳｉＯ2のエッチングを減少させる、フッ素遊離基が少ない領域が形成される。第２図は、従来技術におけるジェット・スクリューの詳細を示す概略図である。ＮＦ3気体はジェット・スクリュー１６を介してチャンバ１４に注入される。ジェット・スクリュー内にはＳｉＯ2の詰まりがあり、これはジェット・スクリュー１６の点１８に概略的に描写する。ジェット・スクリュー１６の前の超音速気体流により生じたフッ素遊離基が少ない高圧領域２０は、フッ素により誘導されるＳｉＯ2のエッチングをこの領域で減少させる。具体的に言えば、ジェット・スクリュー１６のＳｉＯ2残留物の詰まりが除去されるのを妨げる。ジェット・スクリュー・ポートを除くその他全てのチャンバ表面は通常は洗浄される。
ジェット・スクリュー・ポートにＳｉＯ2が詰まることにより、ジェット・スクリューは通常、約３００個のウェハを処理した後で交換する。このプロセスは、費用が高く生産性のロスが大きいチャンバの運転停止をともなう。従来技術の装置のもう１つの問題は、ＳｉＨ4およびＮＦ3は結合すると可燃性が非常に高くなり、同じ注入ポートを介してこれらの気体を送入することが比較的危険になることである。
発明の概要
蒸着気体をチャンバに注入するジェット・スクリューの詰まりを除去するような、気体送入システムおよびプラズマ・チャンバ中に気体を送入する方法が必要とされている。
以上その他の必要性は、気体注入ポートを介してチャンバにプロセス気体を注入する、チャンバのインサイツ洗浄のための装置を提供する本発明によって応じられる。この装置は、その中で処理を実行するチャンバと、それを介してプロセス気体をチャンバに注入することができる、チャンバ中にある少なくとも１つの第１気体注入ポートとを含む。チャンバ中には、それを介してインサイツ洗浄気体をチャンバに注入することができる、少なくとも１つの第２気体注入ポートが設けられる。チャンバに注入された洗浄気体は第１気体注入ポートにも接触し、第１気体注入ポートも洗浄する。第１および第２気体注入ポートは別々のポートである。
分離した第２気体注入ポートを介して洗浄気体を再送入することにより、ジェット・スクリュー内の圧力はチャンバ圧力と等しくなる。これにより、より高いフッ素解離およびＳｉＯ2エッチングが可能になる。
本発明の別の利点は、ＳｉＨ4およびＮＦ3気体の注入が完全に別々のマニホルドを介しており、したがって明らかな安全面での利点が提供されることである。
本発明の別の利点は、必要とされるチャンバの保守の量が減少することである。例えば、本発明の気体送入システムを使用すると、チャンバは約３０００個のウェハについて保守を行う必要がない。これは、わずか３００個のウェハごとにジェット・スクリューを交換する必要がある従来技術に勝る明白な利点である。
本発明の別の利点は、ジェット・スクリューの洗浄がより効率的になることにより、インサイツ洗浄時間が減少することである。これは、例えば１時間あたりウェハ２つ分のスループットの利益を提供する。最後に、もう１つの利点は、プラズマ対表面のアークはジェット・スクリュー領域中で完全に除去される。
本発明の別の実施形態は、第１気体注入ポートを介してプロセス気体をプラズマ・チャンバに注入する段階と、第２気体注入ポートを介して洗浄気体をプラズマ・チャンバに注入する段階とを含むプラズマ・チャンバに気体を挿入する方法を提供することにより、前述の必要を満たす。第２気体注入ポートは第１気体注入ポートとは別である。洗浄気体はプラズマ・チャンバおよび第１気体注入ポートを洗浄する。
本発明の別の方法は、チャンバ中のジェット・スクリュー・ポートの詰まりを除去することに備える。ジェット・スクリュー・ポートはチャンバにプロセス気体を注入する。この方法は、プロセス気体のチャンバへの注入を終了する段階と、ジェット・スクリュー・ポートとは別の開口を介して洗浄気体をチャンバに注入してジェット・スクリュー・ポート内の洗浄気体の圧力をチャンバ内の洗浄気体の圧力と等しくする段階とを含む。
本発明の別の実施形態では、電子サイクロトロン共鳴式化学的気相付着システムが提供される。このシステムは、電子サイクロトロン共鳴プラズマ・チャンバと、プラズマ形成気体、プロセス気体、および洗浄気体をプラズマ・チャンバに供給する気体供給源とを含む。プラズマ・チャンバは、それを介してプロセス気体が供給される第１ポートと、第１ポートとは別の、それを介して洗浄気体が供給される第２ポートとを有する。
本発明の前述その他の特徴、態様、および利点は、添付の図面に関連して以下の本発明の詳細な説明を読めばさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来技術によるプロセス・チャンバの一部分を示す概略図である。
第２図は、プロセス・チャンバの一部分の詳細を示す概略図である。
第３図は、本発明の実施形態に従って構築された、電子サイクロトロン共鳴式化学的気相付着システムを示す概略的な断面図である。
第４図は、本発明の別の実施形態に従って構築された化学的気相付着システムを示す概略的な断面図である。
本発明の実施形態の説明
本発明の実施形態に従って構築された、電子サイクロトロン共鳴式化学的気相付着システムの概略的な断面図を第３図に示す。このシステムは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源３２を有する電子サイクロトロン共鳴プラズマ・チャンバ３０を含む。マイクロ波は、マイクロ波ウィンドウ３４を通過してプラズマチャンバ３０に入る。石英のライナ３６がプラズマ・チャンバ３０の内部を覆う。
プラズマは、気体分子のイオン化によって発生する。これは、高エネルギー電子を中性分子に衝突させることにより実施することができる。電子はまた、解離およびその他の励起を引き起こすこともできる。電子は、ＲＦやマイクロ波などの電場によって励起される。したがって、これらはプロセス・プラズマを生成する従来の方法である。
通常７０ミリトルを越える圧力で作用する従来のプラズマとは対照的に、高密度プラズマは一般に、０．５ないし１０ミリトルの範囲の圧力で作用する。中性に対するイオンの比は１００に対して１の高さにすることができる（これと比較して、低密度プラズマでは百万に対して１未満である）。イオン密度は１立方センチメートルあたり１Ｅ１２を越えることができる。このようなプラズマは、電子サイクロトロン共鳴などの高性能なプラズマ精製技術を必要とする。
電子サイクロトロン共鳴プラズマ・チャンバでは、磁場による電子の角周波数はマイクロ波の周波数と一致し、電子サイクロトロン共鳴が起こるようになっている。この状態で、電子はマイクロ波源からエネルギーを得て、円運動を加速させる。したがってイオン化の断面積は効果的に増加し、低圧力で高密度プラズマを生み出すことが可能となる。
磁場はまた、プラズマ源からイオンを抽出するためにも使用される。イオンは誘導ラインに沿ってウェハに向かう。プラズマは、発散する磁場によって円錐形になる傾向がある。発散する磁場は、プラズマ・チャンバから電子を引き出す力を生み出す。その結果生じるポテンシャルによりイオンが抽出され、向きの変化したプラズマ流が形成される。
発散する磁場は、電子サイクロトロン共鳴条件で必要とされる８７５ガウスを供給する、１次コイル３８により生み出される。この１次コイル３８はまた、イオン抽出のための発散する磁場も提供する。
補助磁気コイル４０は、ウェハ・ホルダ・アセンブリ４２の後ろに設けられ、プラズマを所望の形状にする。ウェハ・ホルダ・アセンブリ４２は、ウェハ（第３図には図示せず）を保持する。ウェハ・ホルダ４２は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（２５００Ｗまで）を含む。ＲＦ電源は、マイクロ波とともに、電子を励起してプロセス・プラズマを生成する電場を提供する。
静電チャック４６は、反応器チャンバ４８内でウェハを保持するために設けられる。静電チャックを使用することにより、ウェハを機械的に締め付ける必要はなくなる。ウェハの冷却はヘリウムによって、例えばウェハの下または後方からヘリウム供給ライン５０を介して行われる。ヘリウム圧力の閉ループ制御により、蒸着中のウェハの温度が調節される。インサイツ・ウェハ温度の監視は、そのセンサ信号を制御装置（図示せず）に送る温度プローブ５２を介して行われる。１×１０-6トル未満のベース圧力を有する３０００リットル／秒のターボ分子ポンプを使用して、プラズマ・チャンバ３０および反応器チャンバ４８内の圧力を制御する。
ウェハ移送機構（図示せず）は、ウェハを反応器チャンバ４８に出し入れするために設けられる。従来のウェハ移送システムをこの目的のために使用することもできる。
本発明のある実施形態では、酸素およびアルゴンは、注入ポート６０を介して気体供給源からプラズマ・チャンバ３０に供給される。プラズマは、ＲＦエネルギーおよびマイクロ波エネルギーがＲＦ発生器４４およびマイクロ波発生器３２から印加された直後に、プラズマ・チャンバ中で生成されることになる。
ウェハ移送システムによってウェハが反応器チャンバ４８に移送され、静電チャック４６上に置かれ、プラズマ・チャンバ３０内でプラズマが発生した後で、蒸着気体（例えばＳｉＨ4）が、気体注入ポート６０とは別の１つまたは複数の気体注入ポート６２を介して、プラズマ・チャンバ３０に導入される。気体注入ポート６２は、例えばジェット・スクリューである。蒸着中にこれらのジェット・スクリューは、プラズマ・チャンバ３０および反応器チャンバ４８の残りの表面とともに、残留物（ＳｉＯ2）で被覆されることになる。この残留物は、各ウェハを処理するたびにチャンバ表面およびジェット・スクリュー６２内部から洗浄して、各ウェハが同じ環境に置かれるようにし、それによりこの処理が反復可能になるようにしなければならない。したがって、洗浄気体（本発明の例示的な実施形態ではＮＦ3）がプラズマ・チャンバ３０に導入され、ＲＦ出力がＲＦ発生器４４からプラズマ・チャンバ３０に印加される。
既に論じたように、従来技術の装置では、ジェット・スクリュー・ポート６２にＳｉＯ2残留物が詰まり、インサイツ洗浄段階中にジェット・ポート６２を介してＮＦ3洗浄気体を注入することによりプラズマ・チャンバ３０中のジェット・スクリューのすぐ前に高圧領域が発生した。これにより、ジェット・スクリュー・ポート６２の前の局所的な高圧によってフッ素の解離が減少した。その結果として、ＳｉＯ2と反応してジェット・スクリュー・ポート６２を十分に洗浄するのに十分な量のフッ素遊離基が存在しなかった。インサイツ洗浄中にジェット・スクリュー・ポート６２が十分に洗浄されなかったので、それらは例えば約３００個のウェハごとに、頻繁に交換する必要があった。
本発明では、第３図に示すように、ＮＦ3洗浄気体は注入ポート６０を介してプラズマ・チャンバ３０に注入されるが、これは酸素およびアルゴン気体が注入されるのと同じポートである。この注入ポート６０は蒸着気体を注入する注入ポート（ジェット・スクリュー・ポート）６２とは別である。本発明のその他の実施形態では、洗浄気体は、洗浄気体の注入のみのための専用ポートから注入される。第４図に示す実施形態においては、洗浄気体がそれ自体の専用ポート６３を介して注入され、酸素とアルゴン気体が注入ポート６０を介して注入され、ＳｉＨ4がジェット・スクリュー・ポート６２を介して注入されるように構成されている。
蒸着気体を注入する注入ポートとは別のポートを介して洗浄気体をプラズマ・チャンバ３０に注入する送入には、ジェット・スクリュー６２およびプラズマ・チャンバ３０の内部の圧力がインサイツ洗浄中に等しくなることも含めて、いくつかの利点がある。これによりプラズマ・チャンバ３０およびジェット・スクリュー６２中の高圧領域の形成が防止される。その結果として、ジェット・スクリュー６２の前の局所的な高圧によってフッ素の解離が減少することはなくなる。したがってジェット・スクリュー６２はプラズマ・チャンバ３０のその他の表面と比較して同程度に洗浄されることになる。
洗浄気体および蒸着気体を別々に送入することによる別の利点は、安全性に関するものである。前述のように、ＳｉＨ4およびＮＦ3は結合すると可燃性が非常に高くなる。本発明によってこれらを分離することは明らかな安全面での利点である。また、ジェット・スクリュー・ポート６２の領域でのプラズマと表面の全てのアークも除去される。さらに、ジェット・スクリュー６２内の優れた洗浄性能により、３００個のウェハごとにジェット・スクリューを交換する必要がなくなる。発明者らには、約３０００個のウェハについてプラズマ・チャンバ３０内の保守は必要でないことが分かっている。このことは、チャンバの保守のための休止時間を削減するという点で、非常に重要な利点である。これに関係して、ジェット・スクリュー・ポート６２の洗浄の効率が向上することにより、インサイツ洗浄時間もまた減少する。例えば、本発明の気体送入システムを使用すれば、１時間当たり少なくともウェハ約２つ分のスループットの利益を実現することができる。１つのウェハの処理が高い利益を提供する場合には、ウェハのスループットは重要である。
本発明の動作の例示的な実施形態は下記のようになる。蒸着プロセスが完了すると、蒸着気体はプラズマ・チャンバ３０にそれ以上供給されなくなり、処理されるウェハがウェハ移送システムによってロード・ロックに移送される。この時点で、カバー・ウェハは反応器チャンバ４８に転送され、静電チャック４６上に置かれる。カバー・ウェハはアルミニウムで被覆された標準ケイ素ウェハである。カバー・ウェハの目的は、プラズマ洗浄およびコンディショニング段階からチャック表面を保護することである。
カバー・ウェハが適所に置かれた後で、ＲＦ出力がプラズマ・チャンバ３０に印加され、ＮＦ3洗浄気体がポート６０を介してプラズマ・チャンバ３０に注入される。チャンバ３０およびジェット・スクリュー・ポート６２の壁面から酸化物の蒸着物が洗浄された後、依然としてチャンバ３０内および壁面上には相当量のフッ素が存在し、同様に単体粒子も存在する。このため、事前蒸着コンディショニング段階を使用することがある。このコンディショニング段階は、基本的にはフッ素をゲッタ除去し、粒子を付着させる蒸着である。この事前蒸着コンディショニング段階が完了すると、カバー・ウェハはそのカセットに戻され、次いで次のウェハを処理することができる。
電子サイクロトロン共鳴式化学的気相付着システムに関して本発明について説明したが、本発明は、その中に蒸着気体が注入されるプラズマ・チャンバを利用し、インサイツ洗浄気体によって洗浄しなければならない残留物を残す、その他のタイプのシステムでも使用できることが分かっている。また、蒸着気体、酸素およびアルゴン形成気体、ならびに洗浄気体について特定の気体を使用する例示的な実施形態について説明したが、本発明はこれらの気体に限定されるものではなく、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなくその他のタイプの気体とともに使用することもできる。
本発明を詳細に説明および図示したが、本発明は図示および例示のみを目的とするものであって、限定的なものとして捉えるべきではなく、本発明の趣旨および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定されることは明らかに理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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