(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収されたガスを含む液体クーラントを脱ガスチャンバの中に溜める工程と、
排気によって液体クーラントの上方の圧力を下げる工程と、
吸収されたガスが液体クーラントから出て脱ガスされたクーラントとなるように、吸収されたガスを除去する工程と、
プラズマ処理システムから熱を奪うように、脱ガスされたクーラントをプラズマ処理システムに圧送する工程とを具備する、吸収されたガスを有する液体クーラントを処理する方法。
【請求項２】
前記圧送する工程は、プラズマ処理システムの浸漬された誘導コイルを収容した貯蔵チャンバの中に脱ガスされたクーラントを圧送させることを有する請求項１の方法。
【請求項３】
熱交換器を使用して脱ガスされたクーラントを冷却する工程をさらに具備する請求項１の方法。
【請求項４】
前記圧力を下げる工程は、圧力リリーフバルブに接続された真空ポンプを駆動することにより、脱ガスチャンバ内の圧力リリーフバルブを開成することを有する請求項１の方法。
【請求項５】
吸収されたガスを含む液体クーラントを脱ガスチャンバの中に溜める工程と、
排気によって液体クーラントの上方の圧力を下げる工程と、
吸収されたガスが液体クーラントから出て脱ガスされたクーラントとなるように、吸収されたガスを除去する工程と、
ＲＦ電圧をクーラントのサンプルに印加する工程と、
印加されたＲＦ電圧にもとづいてサンプル内に発生するＲＦ電流を測定する工程と、
測定されたＲＦ電流にもとづいて、捕らえられたガスの量を決定する工程とを具備する、吸収されたガスを有する液体クーラントを処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
関連出願
本発明は、１９９８年８月３日に出願され、名称が“ＥＳＲＦ  ＣＯＯＬＡＮＴ  ＤＥＧＡＳＳＩＮＧ  ＰＲＯＣＥＳＳ”の仮米国出願Ｎｏ．６０／０９５，０３５を基礎とて請求し、またこれに関する。この出願の内容は、参照としてここでは含まれている。
本願は、“Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ  Ａｒｃｉｎｇ  ｉｎ  ＲＦ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｙｓｔｅｍ”の名称の先願６０／０５９，１７３、“Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｇａｓ  Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”の名称の先願６０．０５９，１５１，並びに“Ａｌｌ−Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｂｉａｓａｂｌｅ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ−Ｓｈｉｅｌｄｅｄ  ＲＦ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ”の名称の先願６０／０６５，７９４に関連している。また、本願は、１９９８年８月３日に出願され、名称が“ＥＳＲＦ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＣＯＯＬＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ”の先願６０／０９５，０３６（米国代理人整理番号２３１２−０６３３−６ＰＲＯＶ）、並びに、１９９９年８月３日に出願され、同じ発明者Ｗａｙｎｅ  Ｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎによる名称が“ＥＳＲＦ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＣＯＯＬＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ”の国際出願シリアル番号ＰＣＴ／ＵＳ９９／１７５１６に関連している。これら各先願は、参照として内容がここでは含まれている。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング並びに沈着処理を使用してサブミクロンのオーダの半導体ウエハを製造するために、最近の半導体処理システムは、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエンハンス化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、リアクティブスパッタリング、並びにイオンアシスト物理蒸着のようなプラズマアシスト技術を利用している。上述した先願に加えて、ガスプラズマ処理システムの他の例が、本願の発明者であるＷａｙｎｅ  Ｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎによる米国特許Ｎｏ．５，２３４，５２９に記載されている。これら既知のシステムにおいて、ガスが、中にプラズマが高周波（ＲＦ）パワーにより発生されて維持される処理容器内に導入される。代表的には、ＲＦパワーは、ヘリカルコイルを使用してプラズマに誘導結合される。
【０００３】
即ち、ガスプラズマの発生は、また、処理特有の温度に処理システムを維持するために除去しなければならない所定量の熱を発生する。この熱の除去は、今までは非能率であり、面倒なデザインに基づいていた。既知のＥＳＲＦプラズマ源は、誘電体としても機能する、ＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴのような液状クーラント浴を使用して冷却されている。高周波での良好の誘電体の必要要件は、流体が意図した電界に晒されときに、単位体積当たりのパワーロスが低くなければならないことである。しかし、これら特別な流体は、空気のようなガスを大量に吸収する。即ち、空気（並びに他のガス）に晒される液（クーラント）面は、これの表面層中へとガスを吸収する。そして、この吸収されたガスは、液体が混合されたときに（即ち、冷却システムの中を移動もしくは圧送されたときに）、液体中に分散される。さらに、ガスは、クーラント用のポンプが停止された後には、クーラント中に吸収され得る。ポンプが停止されたときに、システムの高い部品中のクーラントが低い部品に流れると、空気は、流されたクーラントと置換する。ポンプが再始動されると、空気は、細分化されて気泡となり、吸収可能なガスの他の源となる。
【０００４】
高電界領域では、激しい分散が生じて、高い局部加熱が生じ、かくして、クーラント流体の局部温度が上昇する。そして、このようになると、ガス放出度が高くなり、より多くのガスが溶液から出て気泡を発生する。これら気泡は、誘電フッ化引力により付着されるコイル面上で合体する。そして、これら付着した気泡は、コイル面上で誘電差を生じさせて、不均一な電界、局部加熱、並びにアーク発生を高める。このアーク発生は、ガスが共振器のキャビティ内で使用される前に液体クーラントから放出されないと、流体の誘電体強度が、電圧に関して充分低くなる。例えば、ＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴは、それ自身の液体体積と等しい体積のガスを吸収し、捕獲されたガスを除去するように処理されなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
吸収されたガスの急速な放出によるアーク発生を防止するために、既知のシステムは、ＥＳＲＦプラズマチヤンバ内にクーラントを連続的にポンプで圧送しながら、プラズマ源へのパワーを除々に高くするようにしている。このＲＦパワーの除々の増加は、クーラントから吸収されたガスがゆっくりと放出するのに充分な時間の間になされる。このようなクーラントのランニングは、捕獲されたガスを放出するけれども、かなりの時間が必要である。ときには、このような処理は、数時間もかかり、プラズマシステムの使用を遅らせる。
【０００６】
吸収されたガスを放出するための既知のシステムによる長い時間に加えて、プラズマ源に組合わされる冷却システムは、大型（即ち、３００ｍｍ）ウエハ処理システムで使用される大きいクーラントラインのために非常に複雑となり得る。従って、かなりの量の空気が、クーラントラインが装着されたままで処理チャンバが開成されときに、一般的に吸収される。クーラントラインは数百ポンドのクーラントを含むので、これらラインは、代表的には装着されたままとなっている。この結果、チャンバを開成するために装着されたラインを持ち上げることは、不可能ではないが、難しい。
【０００７】
既に、大型のラインを代わりの冷却機構にどのようにして取り替えるのかは、知られていない。大型のラインは、処理チューブから熱を除去するために必要な多量（例えば、約５０−７５ガロン／分）のクーラントの交換をするために必要である。また、可撓性ラインは、必要なクーラントの重量並びに圧力のために、使用することが不可能もしくは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、誘電体の流体のコンディションを整えるときの遅延を短くした、ＥＳＲＦ源を冷却するための改良された方法並びにシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、（１）誘電体としての液体クーラントの信頼性を向上させることと、（２）プラズマ密度を高くすることと、（３）クーラントの始動範囲を多くすることとの少なくとも１つの効果を奏しながら、コンディションの調整の遅延を減じることである。最後の２つの効果は、クーラントの悪化を、かくして、早期のコイルアーク発生を防止するために、プラズマ源にＲＦパワーを使用したときに生じる厳しいコンディションを軽減することに関する。早期のアーク発生を防ぐようにクーラントをコンディション調整することにより、ＲＦプラズマ源は、（ある減じられたパワーレベルの代わりに）名目上のパワーで稼働され得る。かくして、名目上のプラズマ密度が得られ、また、ロバスト始動コンディションが（ランプＲＦパワーによる）著しい遅延がなく、達成され得る。
本発明のさらなる目的は、キャビティの悪化、即ち、コイルでのアーク発生の回数、頻度並びに厳しさを減じながら、コンディション調整の遅延を減じることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記並びに他の目的は、ＲＦプラズマ源にもとづく処理システムで使用される液体クーラントを脱ガスする方法並びにシステムに従って達成される。液体クーラントの中に吸収されたガスを除去するために排気を使用することにより、システムは、浸漬されたコイルの表面に付着される微小気泡により生じるアーク発生を減じている。
【００１０】
本発明のより完璧に評価とこれに付随した多くの効果とは、以下の詳細な説明を参照して、特に、添付図面と関連して考慮されることによりより容易となるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においてＥＳＲＦシステムが、処理されていない液体クーラントの使用により生じる従来の問題、即ち、誘導コイルの周囲のアーク発生がなく、冷却される。幾つかの図を通じて同じもしくは対応する部材は、同じ参照符号が付された図面において、図１は、ＥＳＲＦプラズマ処理システムのための脱ガス形態の概略図である。ＥＳＲＦプラズマ源は、ＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴのようなクーラント浴の中に浸漬された少なくとも１つの誘導コイルを有する。この脱ガスシステムは、クリーニング少なくとも４つの次のモードの１つで使用され得る。（１）プラズマ処理中に生じる通常動作。（２）処理の前もしくは後に生じる脱ガスモード。（３）メンテナスもしくはクーラントが必要とされない他の作業のためにシステムが排気されるときに生じる急速排出。（４）脱ガスチャンバが補助源からのクーラントで満たされる再充填モード。
【００１２】
本発明に係われば、前記システムの通常動作は、プラズマ源チヤンバを強制的な対流により効果的に冷却するために、また、予め設定された温度を維持するために、プラズマ処理システム１１５を通して、脱ガスされた液体クーラントを圧送する工程を含む。図１並びに２において、液体流の冷却ループは、高容積型ポンプ１４００を使用して、バルブ１１０ａを通してクーラント浴（脱ガスチュンバ１００）の底からクーラントを圧送することを含む。このポンプは、バルブ１１０ｆとプラズマ処理チャンバ１１５を駆動するのに要求される必須総圧力水頭を与える。この冷却サイクルは、バルブ１１０ｄを通してクーラント浴（即ち、脱ガスチャンバ１００）にクーラントを戻すことにより完了する。このクーラントサイクルは、ポンプ１４０により駆動され、プラズマ処理チャンバから熱を奪ってクーラント浴（脱ガスチャンバ）内に蓄積される。脱ガスチャンバ１００とプラズマ処理システム１１５との間の圧送サイクルは、予め設定された温度にプラズマ処理チャンバ１１５を維持するように続く。予め設定された温度は、プラズマ処理チャンバ１１５の熱負荷を決定し、クーラントサイクルにより熱を奪う速度を考慮することにより、導かれ得る（プラズマ処理チャンバ１１５の冷却速度は、クーラントの流速と、クーラントの流体特性と、チャンバ自身内の圧送デザインとにより決定される）。
【００１３】
前記クーラント浴（脱ガスチャンバ）１００内のクーラントの温度を維持するために、第２の冷却サイクルは、熱交換器１３０を有するように設けられている。この熱交換器で、熱は、外部源から与えられる冷却水とクーラントとの間で交換される。冷却量は、冷却されたクーラントから熱を奪うように流れる冷却水の量を調節することにより、規制され得る。この第２の冷却サイクルは、ポンプ１２５を使用して、フイルター１３５を、そして、熱交換器１３０を通してクーラント浴（脱ガスチャンバ１００）の底からクーラントを圧送する工程を含む。上記２つの冷却サイクル（一方は、プラズマ処理チャンバへ、そして他方は、熱交換器１３０へ）は、脱ガスチャンバからの共通の出口ラインを有することが判る。しかし、配管設備は、このようなデザインに限定されることはなく、これら作業を果たすために２以上のラインを使用し得る。図示されるように、前記熱交換器１３０は、クーラントと供給される冷却水との間の熱交換を果たすように、冷蔵室１３２と組合わされている。温度制御バルブ１３４が、熱交換器１３０の後の冷却される水源の温度がモニターされ得るように、配置されている。冷却水の温度差がかなり（数度、即ち、摂氏２ないし５度以上）になると、冷却水の流量が、増加され得る。これら冷却水とクーラントとは、連続して流れる。冷却の程度は、どのくらい冷却水のバルブが開成されているかにより決定される。
【００１４】
クーラントが目標とする温度まで冷却されると、温度制御用のバルブ１３４は、ポンプ１２５に信号を送って、圧送を開始させて、クーラントが脱ガスチャンバ１００に戻ることを可能にする。クーラントの、熱交換器１３０からクーラント浴（脱ガスチャンバ）１００への戻りの場合、ＲＦ電流の流れのモニター１３６が戻しライン１３８に沿う中間位置に配置されている。さらに、本発明は、クーラントが脱ガスされるべきときを決定するための方法を含んでいる。従って、クーラント内のガス吸収のレベルは、サンプルチャンバに印加されるＲＦ電圧を使用することにより決定され、結果として流れる電流は、測定される。このＲＦ電流の流れは、流体の誘電体強度を示す。さらに、クーラントの誘電体強度は、クーラント内の吸収されたガスの存在に直接影響される。かくして、本発明は、脱ガスをすることがこのテストを周期的にすることにより要求されるか否かを自動的に判断する。そして、脱ガスが必要であれば、操作者は、知らせられ得るか、脱ガスが次の処理工程の終わりに自動的になされ得る。
【００１５】
停止の間（そして他の種々のとき）の空気（並びに／もしくは他のガス）へのクーラント流体面の（制限された）露出により、この冷却システムは、クーラント中に吸収されたガスを除去するために定期的な脱ガスを必要としている。（また、本発明における吸収されたガスの量は、クーラント浴自身のデザインと配置とにより減じられる。このクーラント浴は、冷却システム内の最も高い位置のユニットとして配置され、また、クーラントチューブのための全ての出口は、圧送システムが停止されているときに、クーラントの中に浸漬され続けている）。脱ガスモードの間、バルブ１１０ｈが開成されると、真空ポンプ１６５は、サージタンク１４５の蒸発空間内に存在している蒸気と、ライン１０６内に存在する蒸気とを排気し、このようにしてときに、サージタンクの蒸発空間と脱ガスチャンバ１００につながるライン１０６との中の圧力は減じられ、この結果、圧力リリーフバルブ１０５を開成するのに充分な圧力差を生じさせる。圧力リリーフバルブ１０５が開成されると、脱ガスチャンバ１００内の蒸発空間から放出されたガスが逃げる。圧力リリーフバルブ１０５は、脱ガスチャンバ１００内の蒸気が排気され、また、吸収されたガスの放出により所定の圧力になるのに夫々従って、間欠的に、開閉する。脱ガスチャンバ１００内の蒸発空間が排気されると、圧力は減少して、比較的多い流量のガスが再吸収され得る。クーラントからガスを放出させる圧力は、クーラントの蒸気圧よりも高い。排気プロセスの適当な制御により、流体の過度の蒸発がなくて、流体からガスを除去することができる。２つの冷却サイクルのラインとプラズマ処理チャンバ１１５との中に存在するクーラントを有効かつ能率的に脱ガスするために、高容積型ポンプ１４０が、クーラントの循環のために、バルブ１１０ａ，１１０ｆ，１１０ｄの開成に加えて、駆動される。さらに、ポンプ１２５が、脱ガスされたクーラントを第２の冷却サイクルのラインを循環させるように駆動される。
【００１６】
また、本発明は、システム１１５が動作されていないときに、例えば、ウエハの交換もしくはメンテナンスの間に、プラズマ処理システムからクーラントを排出し得る。この動作は、ここでは、急速排出モードとして説明されている。この急速排出モードの間、ポンプ１４０は、クーラントのプラズマ処理システム１１５をバルブ１１０ｃを通して排気し、クーラントを脱ガスチャンバ１００の中にバルブ１１９ｅを通して送る。過度のクーラントが脱ガスチャンバ１００に送られた場合には、圧力リリーフバルブ１０５が開成して、クーラントがライン１０６を通ってサージタンク１４５の中にオーバフローすることを可能にする。プラズマ処理システム１１５を排気する場合には、バルブ１１０ｃ，１１０ｅが閉成され、またポンプ１４０が停止され得る。この時点で、プラズマ処理チャンバは、メンテナンスもしくは他の操作のために開成され得る。この時間に（プラズマ処理チャンバ１１５のための取り扱いに応じて）、クーラントは、ポンプ１２５を使用して熱交換器１３０を通して冷却され得る。さらに、ポンプ１６５は、バルブ１１０ｈを通してサージタンク１４５から蒸気を排気し、また、クーラントが脱ガスチャンバ１００を満たすのに従って圧力リリーフバルブ１１５を通って脱ガスチャンバ１００からのガス蒸気が放出されるので、サージタンク１４５内の圧力上昇を軽減する。異なる実施の形態において、オプションの冷却されたトラップ１６６が、クーラントが排出する前にクーラントを（凝縮により）捕らえるように、前記ポンプ１６５と出口との間に設けられている。凝縮されたクーラント１６７は、必要に応じて、手動もしくはポンプ（図示せず）により、脱ガスチャンバの中に再導入され得る。
【００１７】
また、プラズマ処理源は、冷却されたクーラントを受けるように急速に準備され得る。サージタンク１４５からの再充填のときに、ポンプ１８０，１２５は、バルブ１１０ｂ、フイルター、熱交換器１３０並びに戻しライン１３８を通して脱ガスチャンバ中へとクーラントを圧送する。サージタンク１４５の外に圧送されたクーラントの代わりに、バルブ１１０ｇが開成されて加圧Ｎ２ガスが導入される。このＮ２ガスは、クーラントの中に吸収された場合でも、アーク発生を生じさせない。充分な量のクーラントが脱ガスチャンバに送られると、バルブ１１０ａ，１１０ｆが開成されてクーラントが処理システム１１５に圧送される。かくして、このシステムは、通常動作に戻される。
【００１８】
このように、本発明は、クーラントの中に捕らえられて１もしくは複数の誘導コイルのアーク発生の原因となるガスを除去するための時間を減じている。他の実施の形態において、流体の上方の圧力を減じて流体を連続して脱ガスするように排気しながら、流体は、正常状態で圧送される。
【００１９】
本発明の種々の変更と変形とが上記技術の観点から可能であることは明らかである。このために、請求項の範囲内で、本発明は、特にここで記載されたのとは異なって実施され得ることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、ＥＳＲＦプラズマ処理システムのための脱ガス形態を示す概略図である。
【図２】  図２は、図１に示されたバルブとポンプとの各々の状態を示すテーブルの図である。
【図１】
0004216476.tif 000002
【図２】
0004216476.tif 000003