(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを支持するためのサセプタを有する半導体処理チャンバをクリーニングするための方法であって、
ウエハを前記サセプタ上に搬入するステップと、
前記チャンバ内にクリーニングガスを導入し、前記チャンバ内において前記クリーニングガスからプラズマを形成するステップと、
前記ウエハを取り除くステップと、
を有し、
前記ウエハは、セラミックウエハであるか、又はセラミックと同様の誘電特性を有するものであり、前記ウエハは、前記プラズマの電磁界を変化させて、前記プラズマを前記サセプタから離れるように指向させ前記チャンバの壁に向かうように指向させるに十分な誘電率の値を有し、
前記チャンバが、セラミックライナでライニングされる壁を有し、
更に、前記セラミックライナに前記プラズマを指向させるに十分な誘電定数を有するように前記ウエハを選択するステップを有する、
方法。
【請求項２】
半導体ウエハを支持するためのサセプタを有する半導体処理チャンバをクリーニングするための方法であって、
ウエハを前記サセプタ上に搬入するステップと、
前記チャンバ内にクリーニングガスを導入し、前記チャンバ内において前記クリーニングガスからプラズマを形成するステップと、
前記ウエハを取り除くステップと、
を有し、
前記ウエハは、セラミックウエハであるか、又はセラミックと同様の誘電特性を有するものであり、前記ウエハは、前記プラズマの電磁界を変化させて、前記プラズマを前記サセプタから離れるように指向させ前記チャンバの壁に向かうように指向させるに十分な誘電率の値を有し、
更に、
第１の長時間のクリーニングエッチングのため、前記サセプタとガス流出ヘッドとの間に、前記サセプタ上の前記ウエハに対する第１の距離で空間を設定するステップと、
前記ウエハが取り除かれた後、第２の局所的なエッチングのために、前記空間を前記第１の距離より短い第２の距離に設定するステップと、
を有する、
方法。
【請求項３】
前記ウエハがＡｌ2Ｏ3で形成されているセラミックウエハである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記チャンバに隣接するウエハエレベータに、アクセスの準備ができている前記ウエハを格納するステップを、前記チャンバをクリーニングする前後に更に有する請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
化学堆積チャンバと、
前記チャンバ内に配置され半導体ウエハを支持するためのサセプタと、
クリーニング剤を前記チャンバ内に導入するためのガス流出ヘッドと、
前記サセプタ上に搬送されるウエハと、
を備え、
前記ウエハは、セラミックウエハであるか、又はセラミックと同様の誘電特性を有するものであり、前記ウエハは、クリーニングプロセス中に前記チャンバ内に形成されるプラズマの電磁界を変化させて、前記プラズマを前記サセプタから離れるように指向させ前記チャンバの壁に向かうように指向させるに十分な誘電定数の値を有し、
前記チャンバが、セラミックライナでライニングされる壁を有し、
前記ウエハが、前記セラミックライナに前記プラズマを指向させるに十分な誘電定数を有する、
化学堆積システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相堆積（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）チャンバのクリーニングのための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ処理中は、反応性ガスが、チャンバの内面上に堆積する組成物を生成することがある。このような堆積が蓄積すれば、この残留物が薄片化して剥離し、その後の処理のステップで汚染を生じさせる。また、このような残留物が堆積することにより、その他の処理条件、例えば堆積均一性、堆積速度や膜強度等に悪影響を及ぼす。
【０００３】
従って、通常はプロセスチャンバを定期的にクリーニングして残留物質を取り除いてやる。代表的には、チャンバ内でプロセスを行う度に、あるいは２〜３のプロセスを行った後に、エッチングガスを用いてチャンバのクリーニングを行う。長時間の後、典型的にはウエハ１０００〜２０００枚の後、チャンバを開けて、リンス水とクリーニングワイプを用いて手作業によりチャンバを洗浄する。処理チャンバにおけるウエハのスループットを向上するためには、要するクリーニング時間を最小にすることが望ましいことは明らかである。
【０００４】
クリーニングガスを用いたクリーニングは、典型的には、プラズマ励起ドライクリーニングの技術を用いている。このような技術は、クリーニングガスを導入する操作と、クリーニングガスからプラズマを発生させる操作と、プラズマを用いて汚染残留物を除去する操作とを必要とする別個のプロセスステップが必要となる。クリーニングガス種には、典型的には弗素を用いる。このようなクリーニングのプロセスは、例えば本願出願人の米国特許第４，９６０，４８８号や第５，１２４，９５８号に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ドライクリーニングの操作で不利益となるのは、これが、アルミニウム製であることが多いサセプタの劣化の一因となることである。いくらかの保護を与えるため、サセプタは典型的にはその表面に陽極酸化層を有している。しかし、プラズマクリーニングプロセス中は、プロセスの弗素化学反応が陽極酸化層に浸透してアルミニウム弗化物を生成するだろう。このことは、サセプタ上の陽極酸化層内の点欠陥のサイトで通常生ずる。アルミニウム弗化物が形成されれば、小節、クラックや剥離が生じ、これらが、その後サセプタ上にウエハを置いたときに均一性や粒子の問題を生じさせる。
【０００６】
上記のサセプタの劣化を解決する方法の１つに、本願出願人の米国特許第５，１５８，６４４号に記載されるように、２ステップのクリーニングプロセスを用いる方法がある。この２ステップのプロセスにおいては、先ず、チャンバを長い時間クリーニングするが、このときサセプタを下げてガス流出マニホールドから十分な間隔をおくようにして、サセプタとガス流出ヘッドの間の距離によってプラズマを低減し、サセプタに到達するプラズマの量を制限している。この構成では、プラズマの一部はチャンバのアース壁に向けられ、その場所のクリーニングが行われる。第２番目のステップでは、サセプタ自身をクリーニングするため、サセプタをガス流出ヘッドに近接するように戻してやる。この２ステップのプロセスにより、サセプタが高強度のプラズマに曝露される時間が低減する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバにクリーニング剤を導入する前にサセプタ上にセラミックウエハを搬入することにより、サセプタを保護するための方法及び装置を提供する。特に、クリーニング操作中に電磁界を変化させプラズマをサセプタから離れるように広げて、プラズマが更にチャンバ壁の方へと再び向けるよう、十分高い誘電率の値を有するように、セラミックウエハを選択する。また、セラミックウエハはＡｌ2Ｏ3で形成されていてもよい。
【０００８】
セラミックウエハをチャンバに導入することは、セラミックウエハの導入及びクリーニングプロセス終了後の搬出に要する時間を加えるため、ウエハのスループットに悪影響を与える。しかし、プラズマをセラミックウエハに再び向けることにより、セラミックウエハのハンドリングに要する時間以上にクリーニング時間自体を低減する。本発明を用いることによりサセプタの寿命が延び、また、サセプタの交換の頻度が減るためチャンバの中断時間が低減しウエハスループットが向上する。
【０００９】
本発明の目的及び利点を十分に理解するためには、以下の詳細な説明を図面と共に参照するべきである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を遂行することができる適切なＣＶＤ装置の１つが、図１に示されており、これは真空チャンバ１５を有する簡単な平行板化学気相堆積リアクタ１０の縦断面図である。リアクタ１０は、サセプタ１２上に置かれているウエハにガスを散布するためのガス流入マニホールド１１を有している。サセプタ１２は熱応答性が高く、また、サセプタ１２（及びサセプタ１２の上面に支持されるウエハ）が下側の搬入出のポジションとマニホールド１１に近接する上側の処理のポジション１４の間で制御下で移動できるよう、支持フィンガ１３に載置されている。
【００１１】
サセプタ１２及びウエハが処理のポジション１４にあるときは、これらは、環状の真空マニホールド２４へ排気する複数の穴２３を有するバッフル板に包囲されている。処理中は、マニホールド１１へのガス流入は、矢２１で示されるようにウエハの表面半径方向全体に均一に分散される。次いで、ガスは真空ポンプ（図示せず）によってポート２３を介して円形の真空マニホールド２４へと排気される。マニホールドに到達する前に、堆積ガスとキャリアガスとがライン１８を介して混合チャンバ１９の中へと流入し、そこでこれらは混合された後マニホールド１１へと送られる。
【００１２】
リアクタ１０内で行われる堆積プロセスは、熱プロセスであってもよく、あるいはプラズマ励起プロセスであってもよい。プラズマプロセスでは、ＲＦ電源２５からＲＦエネルギーを流入マニホールド１１へ印加することにより制御下でプラズマが生成される。チャンバ１５内に導入された反応性種を励起するため、ＲＦ電源２５は、単一の周波数のＲＦ電力又は２つの周波数のＲＦ電力をマニホールド１１に与えることが可能である。
【００１３】
外部のランプモジュール２６により、クオーツウインドウを介してサセプタ１２の環状外側周縁部上にコリメート環状パターンの光２７が与えられる。このように熱分布を与えることにより、サセプタの自然に生じる熱損失のパターンを補填し、堆積操作のためにサセプタ及びウエハを急速かつ均一に加熱する。
【００１４】
代表的には、チャンバライニングの一部又は全部、ガス流入マニホールドフェース板、支持フィンガ１３及びその他のリアクタのハードウェアは、陽極酸化アルミニウム等の材料製である。このようなＣＶＤ装置の一例は、本願出願人の米国特許第５，０００，１１３号、発明者 Cheng ら、表題”Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized process"に記載されている。
【００１５】
図示のように、セラミックウエハ４０がサセプタ１２の上に置かれている。これにより、クリーニング操作中にガスミキサ１９からチャンバ内に注入される弗素ガスから、サセプタ１２を保護する。このセラミックウエハは、誘電体として機能し、マニホールド１１とサセプタ１２の間のＲＦ電界を制限するため、プラズマを広げ、チャンバ壁その他のクリーニングが必要なチャンバ部材の方へとプラズマを再指向させる。この広げる効果により、必要なクリーニング時間が５０％減少したことが実験結果より観測された。
【００１６】
メモリ４５に格納されたプログラムを受けるプロセッサ４３により、ＲＦ電源２５、ガス混合システム１９や、サセプタ１２の昇降を含めた図１のチャンバの動作を制御する。また、このプロセッサは、図２に示される装置を介して、挿入及び取り出しを制御することもできる。
【００１７】
図２は、本発明のセラミックウエハを搬送しまた使用と使用の間これを保管するための装置の線図である。図２は、図１に一例を示したようなプロセスチャンバ５２を有する処理システム５０を示している。ロボットアーム５４を用いて保管エレベータ５６からセラミックウエハを搬送する。保管エレベータ５６は、プロセスステップの合間にウエハ数枚を保持し、また、本発明のセラミックウエハの保持に用いることができる。ウエハは、プロセスチャンバ５２と保管エレベータ５６の間をロボットアーム５４により移送される。
【００１８】
図３は、本発明に従ったクリーニングの操作のステップを例示するフローチャートである。これらステップを、メモリ４５内のプログラムに従ってプロセッサ４３により制御することができる。処理するウエハへの最後の処理のステップが終了しプロセッサ４３からＲＦ電源２５への命令によりＲＦ電力がオフにされた後（ステップＡ）、窒素等のパージガスによりチャンバをパージし、このときプロセッサ４３からの命令に応じてガス混合システムのバルブを適切に制御することによりこれが行われる（ステップＢ）。真空ポンプにより最後のパージガスを取り除いた後、プロセッサ４３により真空バルブを制御して真空をオフにし（ステップＣ）、プロセッサからの命令に対応してロボット５４によりウエハをチャンバから取り除き（ステップＤ）、保管エレベータ５６に配置させる。
【００１９】
その後、セラミックウエハがロボットアーム５４によって保管エレベータ５６から取り出され、チャンバ５２内に配置される（ステップＥ）。ウエハは、図１のチャンバの側部のスロット４２の中を通って挿入される。次いで、プロセッサで制御したモータによって、クリーニングプラズマに対して望ましい高さまでサセプタを持ち上げ（ステップＦ）、クリーニング剤、典型的には弗素を含有するものをチャンバに導入し（ステップＧ）、これは、プロセッサからガス混合システム、真空絞り弁及びサセプタヒータへの命令により達せられる適切な圧力及び温度条件下で行われる。
【００２０】
弗素ガスからの光の放出を検出する終点検出器を用いて、クリーニング操作の終点を検出する（ステップＨ）。あるいは、時間クリーニングを用いてもよい。クリーニングが終了しＲＦ電源をオフにした後、再び窒素等の不活性なガスを用いてチャンバをパージする（ステップＩ）。真空をオフにし（ステップＪ）た後、セラミックウエハをチャンバから取り出す（ステップＫ）。
【００２１】
本発明の内容を用いつつもこのクリーニングプロセスを変更する方法は数多くある。例えば、本願出願人の米国特許第５，１５８，６４４号に記載されるように、２ステップのプロセスを用いてもよい。このような２ステップのプロセスでは、サセプタがセラミックウエハと共に下側のポジションにして、第１のクリーニングの操作を行う。続いて、セラミックウエハを取り除き、第２の局所的なクリーニングの操作のため、サセプタをガス排気ヘッドに近くに上昇させる。具体例の１つでは、２ステップのクリーニングプロセスは定期的なクリーニングにのみ用いられほとんどのクリーニングには単一ステップのプロセスを用い、あるいは、その逆の場合もある。
【００２２】
セラミックウエハの厚さ及び誘電定数は、クリーニングしようとするチャンバに従って変えることができる。特に、米国特許５，３６６，５８５号に記載されるような、チャンバ壁がセラミックライナで覆われている場合は、ライニングなしのチャンバの場合に比べてセラミック壁を更にもっと厚くし、あるいは誘電定数を低くする必要があるだろう。これは、このようなライナ付きチャンバではセラミックライナがプラズマを壁から離れる方へと指向させ、その結果、プラズマを壁の方へと再指向させてセラミックライナの絶縁性能を克服するためには、セラミックウエハが更に厚くし、又は、更に低い誘電定数を有する必要があるからである。
【００２３】
好ましい具体例では、セラミックウエハの厚さは４０ｍｉｌｓ（約１．０２ｍｍ）で、直径は処理しようとするウエハと同じである。例えば、８インチのウエハを処理しようとする場合は、８インチのウエハが用いられる。
【００２４】
好ましくは、本発明のセラミックウエハはそれ自身定期的に交換されあるいはクリーニングを受けて、クリーニングプロセス中にセラミックウエハに蓄積した残留物によるチャンバ内への汚染の導入を防止する。しかし、このようなウエハクリーニングや交換を必要とせずに、数千回ものクリーニング操作を行うことが可能である。
【００２５】
当業者には理解されるように、本発明の範囲や不可欠な要素から離れることなく本発明を別の態様に具体化することもできる。例えば、ウエハのいセラミックは部分的であるが、セラミックコーティングを有していてもよく、あるいは、その他の合金を有していてもよく、または、使用できるセラミックの誘電率と同様の誘電率を有する残留物を有していてもよい。セラミックウエハの誘電定数とその厚さを変化させる場合は、チャンバ特性に従って行うだけでなく、プラズマクリーニングプロセス中に用いるサセプタの高さに従って行ってもよい。また、ここでの好ましい具体例がＣＶＤチャンバであるが、本発明は、エッチングチャンバ等、堆積物が蓄積するチャンバであれば、これに適用することができる。従って、上記の具体例は本発明を例示するものと考えるべきである。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明を用いることによりサセプタの寿命が延び、また、サセプタの交換の頻度が減るためチャンバの中断時間が低減しウエハスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックウエハを有する処理チャンバの断面図である。
【図２】本発明のセラミックウエハのハンドリングのためのロボット及びウエハ保管エレベータを例示する線図である。
【図３】本発明のクリーニングプロセスを例示するフローチャートである。
【符号の説明】
１０…リアクタ、１１…ガス流入マニホールド、１２…サセプタ、１３…支持フィンガ、１４…処理のポジション、１５…真空チャンバ、１９…混合チャンバ、２１…矢、２３…穴、２４…真空マニホールド、２６…ランプモジュール、２７…光、４２…スロット、４３…プロセッサ、４５…メモリ、５０…処理システム、５２…プロセスチャンバ、５４…ロボットアーム、５６…保管エレベータ。
【図１】
0004237833.tif 000002
【図２】
0004237833.tif 000003
【図３】
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