(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ加熱保持板と離間したガス拡散板に構成された高周波電極と、
上記高周波電極に植立された管に構成された高周波電源の入力リード線と、
ＣＶＤ工程中に上記ガス拡散板の温度を制御するための上記ガス拡散板に取り付けられたヒートパイプと、
上記高周波電源を上記入力リード線に接続する手段と、
上記ガス拡散板と対向離間して上記ＣＶＤ反応室にＣＶＤ反応ガスを供給するプラズマガス生成部とを備え、
上記ヒートパイプは、上記高周波電源の入力リード線として用いられるＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【請求項２】
上記高周波電源の入力リード線を上記高周波電極に一体的に取り付けた請求項１記載のＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【請求項３】
高周波プラズマ洗浄中に、過剰な高周波プラズマの発生を防止するため、上記高周波電源の入力リード線の少なくとも一部を覆うと共に電気的な短絡を防止する少なくとも１の絶縁管を備える請求項１又は請求項２記載のＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【請求項４】
ＣＶＤ反応室中のハウジングに高周波電極を取り付ける取付手段を備える請求項３記載のＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【請求項５】
上記取付手段は、取り付け時に、ＣＶＤ反応室の上記ハウジングから上記高周波電極を絶縁するための石英リングにより形成されている請求項４記載のＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【請求項６】
上記取付手段は、取り付け時に、上記ＣＶＤ反応室のハウジングから上記高周波電極を絶縁するための互いに連結されたセラミック製の絶縁体を更に備える請求項５記載のＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ法、特にタングステンＣＶＤ法においては、一般的に、反応ガスを分散させるために、反応ガスが析出されるウェーハ上に多孔ガス拡散板を配置することが行われている。しかし、このような組立体を用いたときに、ガス拡散板それ自体の表面及び反応室内の表面にタングステン（或いはその他の材料）の望ましくない析出が起こる問題点がある。析出した材料の粒子がその後のＣＶＤ工程中にウェーハ上に拡散板から落下する可能性もあり、それによって最終製品に好ましくない影響を及ぼすことになる。したがって、そのような析出が起こらないように拡散板を清潔に維持することが必要である。これを実行する方法の一つは、拡散板の温度の精密な制御により、望ましくない析出を完全に阻止するようすることである。しかしながら、事前の予防措置にかかわらず、望ましくない析出がウェーハ支持板（加熱用サセプタ）を含むＣＶＤ反応室のその他の表面上によく発生するので、ＣＶＤ反応室に発生する高周波プラズマを用いた洗浄をしばしば行わなければならなかった。これを行うためには、高周波電極として、ガス拡散板を使用することが知られている。
【０００３】
従来、ガス拡散板に一体的に設けられた導管又はガス拡散板上に設けられた金属管を介してガス拡散板に空気或いは冷却水を接触させることにより、ガス拡散板の温度を制御することが知られている。または、ガス拡散板が載置されている空冷或いは水冷の放熱板を介して間接的に放熱を行うようにすることが知られている。何れの場合でも、温度制御の方法によってガス拡散板上での望ましくない析出を阻止することは、
１）  ウェーハからガス拡散板への高能率の放射エネルギの放射、
２）  ガス拡散板を通じてガス流動パターンを乱すことなく温度制御を得ること、
３）  金属管中であれ、導管中であれ、反応室の内部に冷却用の液体を導入することなく温度制御を行うこと、
４）  ガス拡散板を均等に冷却すること、
５）  許容範囲内にガス拡散の温度を制御する十分な冷却率を得ること
の点において幾つかの問題点がある。
【０００４】
英国特許出願−Ａ―２２１９３１１には、本体とは反対側に配置した半導体ウェーハ上にプロセスガスを本体中に供給するガス注入用アタッチメント及びプロセスガスを放出するための放出用アタッチメントを本体の相対向する位置に設けたものが記載している。冷却用の導管は、ガス注入機構及びガス放出機構が設けられた下方側の本体の底部側に配置されている。したがって、その出願に記載される事項は、上述した従来例の一例である。その他の例として、米国特許第１４７４３５７０号、第５２３２５０８号、第５０００１１３号に記載されたものがある。
【０００５】
上述したように、高周波プラズマ洗浄用の高周波電極としてガス拡散板を使用するときには、ガス拡散板上の冷却用の導管を高周波導体として用い、反応室の残りの部分からは電気的に絶縁する必要がある。一方、絶縁した電力タップは、反応室の壁面を通過し、且つ絶縁したガス拡散板に接している。後者の場合には、冷却用導管は反応室の残部とは電気的に絶縁してなくてはならない。加熱したウェーハ感知板及びガス拡散板それ自身を高周波洗浄する目的のためよく温度制御されたガス拡散板に高周波電源を供給するときに幾つかの問題点が生ずる。これらの問題点は以下のようなものである。
１）  ガス拡散板上で高周波電源から反応室の残部を絶縁すること。
２）  温度制御システムに影響を与えることなくガス拡散板上に均等に高周波電源を供給するために高周波電源の入力位置を決めること。
３）  電気抵抗による大きな高周波電源の損失を発生させることなく供給を行うこと。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガス拡散板の温度制御に関して、上述した種々の問題点を解決するＣＶＤ反応室を洗浄する高周波プラズマ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＣＶＤ反応室の高周波プラズマ洗浄装置は、ウェーハ加熱保持板と離間したガス拡散板に構成された高周波電極と、上記高周波電極に植立された管に構成された高周波電源の入力リード線と、ＣＶＤ工程中に上記ガス拡散板の温度を制御するための上記ガス拡散板に取り付けられたヒートパイプと、上記高周波電源を上記入力リード線に接続する手段と、上記ガス拡散板と対向離間して上記ＣＶＤ反応室にＣＶＤ反応ガスを供給するプラズマガス生成部とを備える。そして、上記ヒートパイプは、上記高周波電源の入力リード線として用いられる。
【０００８】
すなわち、本発明は、ガス拡散板組立体を改良したガス拡散板（高周波電極）に植立された管（高周波電源入力）の形態を備える高周波プラズマ洗浄装置である。本発明は、ガス拡散板の冷却及び高周波プラズマ洗浄のための従来の装置に比し多くの利点を有する。特に、本発明の装置を使用してのガス拡散板の冷却は、実質的に均等に行われ、反応室内に液体は導入されることがなく、したがって反応室内での漏洩の危険を防止している。加えて、拡散板に通じるガス流動妨害は、最小限に止められており、冷却効率はヒートパイプの直接の液体冷却により最適化されている。更に、高周波入力部として植立された管を用いることにより、高周波入力抵抗を極少にしており、電気的絶縁は単一の入力によってより容易に行われる。
【０００９】
上記の利点は、改良されたガス拡散板組立体及び高周波電極を使用することによって達成される。本発明の一態様では、改良されたガス拡散板組立体は、ＣＶＤ装置に使用するためのガス拡散板及びＣＶＤ装置の間にガス拡散板の温度制御のためにガス拡散板に取り付けられたヒートパイプを有している。好ましい実施例において、ヒートパイプ又は高周波入力部は、ガス拡散板に取り付けられており、その組立体は、更に反応室の内部及びガス分散部品の高周波プラズマ洗浄装置の間に、過剰なプラズマが形成されるのを阻止するためヒートパイプの一部分を少なくとも囲む絶縁チューブが設けられている。ヒートパイプは、一般的にはガス拡散板の上表面と直角に、そして上向きに（すなわち、ウェーハ支持板の反対側の表面に）且つ拡散板の軸と同軸に延長されている。
【００１０】
従来から知られているように、ガス拡散板は、多くのガス拡散孔を有する。本発明に用いるガス拡散板組立体では、植立されたヒートパイプは絶縁管を支えるためのガス拡散板の上表面に隣接し且つ平行で、円形の支持フランジを備えている。この配置により、ガス拡散用のホールパターンは、支持フランジの下方に広がり、この結果、ガス流動障害が最小限となるようにしている。好ましい実施例では、改良されたガス拡散板組立体は、ＣＶＤ装置の中でガス分散カバーを貫通するので、ヒートパイプを密封するためのシール部分を更に備えている。加えて、この組立体は、反応室の外側でヒートパイプの部分の回りに付着させた非導電性の冷却ジャケットを有している。冷却用ジャケットは、ヒートパイプからの熱を放熱するために、冷却液体が流れる入口及び出口を備えている。最終的には、ガス拡散板の下表面（例えば、取り付けられたヒートパイプの反対側の表面）に、ＣＶＤ加工中の過剰な放射エネルギ熱の増加を防止するため、高度に研磨した最終物を供給することが好ましい。このことはガス拡散板の温度を更に正確に制御することに役立つ。
【００１１】
本発明に係る装置は、ＣＶＤ反応室の高周波プラズマ洗浄のために使用される。この装置では、ガス拡散板は高周波電極として用いられ、植立した管（ヒートパイプチューブ）は電極に取り付けられた高周波電源の入力リード線として機能する。更に、この装置は、高周波電源に入力リード線を接続する手段を備えている。好ましい実施例では、高周波プラズマ洗浄中に過剰な高周波プラズマ洗浄を防止し、且つ入力リード線とＣＶＤ反応容器との間の電気的短絡を防ぐため、更に高周波プラズマ洗浄装置は、少なくとも高周波電源入力リード線の部分を覆う１個以上の絶縁体チューブを有している。更に、高周波プラズマ洗浄装置は、ＣＶＤ反応容器に高周波電極を取り付ける手段を備えている。この取り付け手段は、好ましくは反応容器から電極を絶縁するための石英リングを備え、更に、容器からの電極を確実に絶縁するため、多重ペアの組合せセラミック絶縁体から構成されている。
【００１２】
本発明に係る装置は、改良されたガス拡散板組立体を有するＣＶＤ装置に組み合わせることができる。この実施例は、化学的気相成長に使用するためのガス拡散板を備え、このガス拡散板は高周波プラズマ洗浄のための高周波電極として機能する。ヒートパイプはＣＶＤ工程中に拡散板の温度を制御するためにガス拡散板に取り付けられており、パイプもまた高周波電極に取り付けられている高周波電源の入力リード線として作用している。更に、この装置は高周波電源に、高周波電源の入力リード線を接続するための手段をも備えている。この実施例は、プラズマ化学的気相成長法（ＰＥＣＶＤ）に使用できることが可能である。
【００１３】
本発明の更に他の特徴及び利点は、図面とともに説明される発明の詳細な説明から当業者において一層明らかにされるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図を参照して説明すると、真空反応室を区画するＣＶＤ装置のハウジング１０を備え、これに本発明に係る装置１２が組み込まれている。図示するように、装置１２は、ここで開示する各実施例のために本発明の全ての態様を包含している。以下に記載する幾つかの特徴は、本発明の全部ではないが、１以上の実施例に関係していることは当業者には理解されているであろう。
【００１５】
第１の実施例では、ガス拡散板１４には、ヒートパイプ取付軸１６が設けられている。好ましくは、ヒートパイプ取付軸１６は、熱伝導効率を増加するためにガス拡散板１４の上表面１８の中心に位置し、かつ一体的に組み合わせている。ヒートパイプ２０は、ヒートパイプ取付軸１６及びヒートパイプを一定の長さとなるように連結される細管２２を備えている。２４は、その溶着部を示す。ガス拡散板１４と一体に連結されたヒートパイプ取付軸１６及びヒートパイプ用の細管２２は、６０６１  Ｔ６アルミニウムのような高熱伝導性の材料を用いることが望ましい。更に、ニッケル２００のような、その他の高熱伝導性の材料を使用することができることを当業者は理解するであろう。
【００１６】
ガス拡散板１４は、ＣＶＤ工程中に万遍なく反応ガスを配分するために、ガス拡散孔パターンで多孔形成されている。図に示すように、植立したヒートパイプ取付軸１６には、ガス拡散板１４に近接しかつ平行で、円形をなす支持フランジ２８が設けられている。支持フランジ２８は、拡散板の上表面１８上に離間して位置され、支持フランジ２８のためガス拡散孔パターンは、支持フランジの下方に延長され、それによってガスの流動妨害を最も小さくしている。ガス拡散板１４の下表面３０は、点線で表示された加熱保持体（ウェーハ支持板）３２から放射される熱の放熱を増大するため、Ｎｏ．４の最終仕上げに高度に研磨されることが好ましい。加熱保持体（ウェーハ支持板）３２は、具体的には、ガス拡散板１４の下方に約１インチ離間するように配置されている。回転するウェーハ保持体を備える望ましいＣＶＤ装置の具体的な構成は、１９９２年６月１５日に出願された出願中の米国出願特許０７／８９８，５６０に開示されており、その出願の開示内容をここで完全に引用する。
【００１７】
本発明に係るガス拡散板組立体は、更にそれぞれ第１及び第２のセラミック絶縁管３４，３６を備えており、これらは、それぞれヒートパイプ２０の少なくとも一部を囲んで同心円状に配されている。図示のように、環状をなすセラミック絶縁管３４、３６は、円形の支持フランジ２８に支持されている。これらの環状の絶縁管は、ＣＶＤ反応室の反応ガスから高温の管を絶縁することにより、ＣＶＤ工程中にヒートパイプの周囲で過剰な高周波プラズマが発生するのを防止するものである。加えて、以下に更に詳細に示すように、セラミック絶縁管３４、３６は、ガス分散カバー３８（接地位置にある）及びガス分散カバー３８を貫通している場所でのヒートパイプ２０との間の電気的短絡を防いでいる。ガス分散カバー３８は、複数の固定ネジ４０を用いて、ハウジング１０に取り付けられている。図示したように、４本の同心円のガス分散リングからなるプラズマガス生成部４２（点線で示した）がガス分散カバー３８のすぐ下に配置されており、プラズマガス生成部４２は、ＣＶＤ反応ガスを反応室に供給する。
【００１８】
本発明の全ての実施例では、ヒートパイプ２０がガス分散カバー３８を通過するところで、真空漏れを阻止するシールを設けることが必要である。これは、シャフトシールとフランジシールによって達成される。図に示すように、セラミックシール板５６は、２本のステンレススティールの保持体５８によって下方に向かって押圧支持されている。確実にシールできるようにするために、所定の下向きの力をシール部品上に加え、シール材料の公差を許容し、更にＣＶＤ工程中に発生する熱膨脹による大きさの変化を吸収するため、保持体５８は、ガス分散カバー３８に対してスプリングワッシャと固定ネジからなる取付具６０によって付勢力が与えられている。セラミックシール板５６は、下向きにステンレススティール製のフェール６２に押圧され、逆にこのフェール６２は、セラミック製のシール体６６中に配設されたＯ−リング６４側に押圧されている。保持体５８がセラミックシール板５６を押圧する押圧力もガス分散カバー３８に向かって下方に向かってシール体６６を押圧しており、この保持体５８はシール体６６及びガス分散カバー３８の間にあるＯ−リング６８を押圧付勢している。但し、シール体６６は、ガス分散カバー３８を貫通したその全長に亘ってヒートパイプ２０の外周囲に位置し下方に向かって延長された環状のフランジ部７０が設けられている。この環状のフランジ部７０の下端縁７２は、セラミック絶縁管３４に連続する位置まで下方に向かって延長されている。図示したように、ガス分散カバー３８とヒートパイプ２０との間で、各先端側が一直線上に位置しないように、外周側のセラミック製の絶縁管３６は、内周側のセラミック絶縁管３４より更に上方に延長されている。以下に示すように、このことがヒートパイプ２０を高周波電源の入力リード線として使用する時に放電の発生を防止している。
【００１９】
ヒートパイプ２０に関して、上述したような構成はそれ自体公知であり、かつ合成樹脂の技術分野では型冷却用に使用されており、したがって、ヒートパイプの具体的な構成は当業者には公知である。一般的に言えば、本発明では、ヒートパイプ２０は、加熱された加熱保持板３２から放射エネルギによって及びガス拡散板１４に供給された高周波エネルギによって生じた熱を、ガス拡散板１４から放熱するために使用されている。ヒートパイプ２０は、フェルト或いはその他の適した毛のように細い芯素材（図示せず）を備えている。ヒートパイプ２０は、全ての内部表面を湿らす毛管のような素材の孔に浸入する自身の蒸気圧の元で、その中に液体（例えばアセトン）を封入している。ヒートパイプ２０の表面に沿う如何なる地点にでも熱を加えることによって、その液体は、その地点で沸騰して蒸気状態になる。これが起こると、芯素材中の液体は蒸発の潜熱を吸い上げて、その時に高い気圧にある蒸気は、密封されたパイプ内で冷たい部分に移り、そこで蒸気は凝縮し、線状体の中に入っていく。かくして、蒸気は蒸発の潜熱を放出して、ヒートパイプの入力端側から出力端に熱を移動させる。一般的に、熱は約５００ｍｐｈの速度でヒートパイプに沿って移動する。
【００２０】
本発明において、ヒートパイプ２０の入力端は、ガス拡散板１４に固定されている側の端部である。出力端は、図中上方側端部であって、その外周囲を密閉する液体冷却用の外装体８０が設けられている。外装体８０による出力端側のシールは、Ｏリング状の軸シール８２ａ及び８２ｂによって行われる。冷却用の外装体８０は、好ましくは高分子材料により形成され、この冷却用の外装体８０には、テフロン（登録商標）製の連結管８６を接続するためのテフロン製の圧縮接続部材８４ａ，８４ｂが設けられている。例えば水のような冷却用液体が連結管８６及び冷却用の外装体８０を流動することによって、熱をヒートパイプ２０から放熱する。このため、ヒートパイプ２０から効果的に熱伝導されるように、ヒートパイプを冷却用液体と直接接触させている。加えて、この構成によって、従来の装置のように、このＣＶＤ反応室は、内部の冷却液体が漏洩することが全くなくなり、高周波伝送液体によって金属管が腐食することを防止することができる。上述したように、ヒートパイプ２０を介して伝導される熱に応じて多種類の液体を使用することもできるが、テフロン製の連結管８６を流動し熱をヒートパイプ２０から放熱させる液体は水であってもよい。ヒートパイプ２０は、適当な位置に一体的に取り付けられたキャップ１００と、所望の液体でヒートパイプに充填される所望の液体を充填するための充填用の管１０２を備えている。
【００２１】
本発明では、ガス拡散板１４の温度を１００℃或いはそれ以下に維持するためには、冷却用の水は１５℃で使用する必要がある。ガス拡散板１４の温度を２００℃或いはそれ以下に維持する場合には、冷却用の水を４０℃にする必要があり、実際には、拡散板の温度はＣＶＤ工程中約１４０℃に維持する。
【００２２】
他の実施例では、本発明に係る組立体は、高周波プラズマ洗浄に有用である。この実施例では、ガス拡散板は高周波電極として用いられる。このため、ガス拡散板１４は、反応室の他の部分から電気的に絶縁する必要がある。図示したように、アルミニウム製のスペーサ４４は、ガス拡散板とウェーハの間隔を変更するのに用いられる。好ましくはＮＦ３プラズマの雰囲気中で腐食しにくい材料によって形成された固定ネジ４６によってガス拡散板１４に固定されている。この固定ネジ４６を構成する材料として、インディアナ州のココモ（Kokomo）のヘインズ  インターナショナル社（Hanes International）の商品であるハステロイ（Hastelloy）Ｃ−２２がある。この材料を用いて形成した固定ネジは、アリゾナ州のテンペ（Tempe）のピンナックル（Pinnacle）社から入手することができる。石英リング４８は、ガス拡散板１４をアルミニウム製のスペーサ４４から電気的に絶縁する。接地電位にある固定ネジ４６は、互いに連結された２つのセラミック製の絶縁スリープ５０及び５２によって、ガス拡散板１４から絶縁されている。石英は、熱衝撃抵抗が極めて高いため石英リング４８に使用される。特に、石英リング４８の下方に配置されるガス拡散板１４は、高温に加熱されるので、石英リング４８上のアルミニウム製のスペーサ４４より速く加熱され、この石英リング４８内に熱衝撃及び熱歪みを引き起こしている。固定ネジ４６と同様の材料により形成されている固定ネジ５４は、アルミニウム製のスペーサ４４をハウジング１０に固定するために用いられる。なお、スペーサ４４は、本構成において、必須の構成要素となるものではない。
【００２３】
本実施例では、植立したヒートパイプ取付軸１６及びヒートパイプ用の細管２２は、高周波電極（ガス拡散板）１４へ高周波電源を供給する高周波電源の入力リード線として用いられる。更に、１個以上のセラミック絶縁体３４，３６は電気的に絶縁するものであって、細管２２と、ガス分散カバー３８を含む反応室又はハウジングのいかなる部分との間にも放電が発生することを防止する。更に、この装置は上述した説明及び図示するように、ガス分散カバー３８を貫通する位置で、細管２２の周囲を密封する手段を備える。
【００２４】
そして、本実施例の装置は、高周波電源（図示せず）に接続され、かつ一端では雌型のＵＨＦコネクタ８９を一端側に設けた電気的にシールドされた高周波電源供給ケーブル８８を備えている。雌型のコネクタ８９は、雄型のＵＨＦコネクタ９０に結合されている。雄型のＵＨＦコネクタ９０は、ヒートパイプ２０の上端部に取り付けられたステンレススティール製の軸環９４に一定長さの１２番ゲージのワイヤ９２を介して接続されている。この構成では、高周波電流の抵抗を極めて小さくすることができる。ヒートパイプ２０の軸環９４上に突出した部分は、合成樹脂製のキャップ９８によって電気的に接地された金属製のシールド枠９６に対し絶縁されている。この装置は、４５０ｋＨｚの２５０〜３００ワットのプラズマ洗浄用電源を高周波電極に供給することができる。
【００２５】
本発明に係る装置は、ガス拡散板１４の温度を、ヒートパイプ２２を用いることにより非常に狭い許容範囲内で正確に制御することができる。また、ＣＶＤ反応室の高周波洗浄を行うこときには、高周波電源の入力リード線（ヒートパイプ２２）を介して、高周波電源から高周波電流を高周波電極（ガス拡散板１４）に供給する。本発明に係る装置は、例えば、プラズマ化学的気相成長法（ＰＥＣＶＤ）に適用した場合には、前述したと同様に高周波電流を供給すると同時に、ガス拡散板１４の冷却を行うことにも用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の態様の一例によれば、ガス拡散板に構成された高周波電極と、上記高周波電極に植立された管に構成された高周波電源の入力リード線と、高周波電源を上記入力リード線に接続する手段を設けることで、（１）ガス拡散板上で高周波電源から反応室の残部を絶縁すること、（２）温度制御システムに影響を与えることなくガス拡散板上に均等に高周波電源を供給するために高周波電源の入力位置を決めること、（３）電気抵抗による大きな高周波電源の損失を発生させることなく供給を行うこと等の問題点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたＣＶＤ反応室の一部を破断して示す断面図である。
【図１】
0003790176.tif 000002