DE69119253T2

DE69119253T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von überflüssigem Material von einer Kammer zur Sputtern

Info

Publication number: DE69119253T2
Application number: DE69119253T
Authority: DE
Inventors: Dan Maydan; Sasson Somekh
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-07
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2011-02-08
Also published as: JPH0770771A; DE69119253D1; ES2089039T3; JP2628795B2; EP0441368A1; KR100220292B1; KR910015719A; EP0441368B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von überflüssigem Material von einer Sputterkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 6.

Allgemeiner Stand der Technik

Bei Prozessen des physikalischen Aufdampfens (PVD) wird ein Targetmaterial, z. B. Wolfram, mit einem Gas, z. B. Argon, bombardiert. Material, welches aus einem Target ausgelöst wird, wird auf einen Wafer gesputtert.
Eine PVD-Kammer enthält im allgemeinen Abdeckungen im Bereich unmittelbar um den Wafer herum. Die Abdeckungen verhindern eine Verunreinigung der restlichen PVD-Kammer mit überflüssigem Material, das vom Target abgesputtert wird.
Das Ansammeln von überflüssigem Material an den Abdeckungen führt schließlich zum Abblättern. Zu diesem Zeitpunkt ist es normalerweise notwendig die PVD-Kammer zu warten, indem man die Abdeckung ersetzt. Wenn das Ersetzen der Abdeckung in etwa zur gleichen Zeit wie das Ersetzen des Targets notwendig ist, so kann die Wartung bzgl. der Abdeckung ohne allzuviele Unbequemlichkeiten durchgeführt werden. Wenn die Abdeckung jedoch häufiger als das Target ersetzt werden muß, kann das zu einer zusätzlichen Stillstandzeit des Systems führen, was den Produktionsdurchsatz erheblich beeinträchtigen kann.
Es wurden einige Verfahren zur Verhinderung des Abblätterns versucht, um dadurch die Zeit zwischen dem Ersetzen der Abdeckung zu verlängern. Z. B. wurden einige Abdeckungen entwickelt, die einen speziellen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Zusätzlich wurden die Oberflächen der Abdeckungen behandelt, z. B. durch Sandstrahlen. Es wurden ebenfalls Haftschichten aufgebracht, um das Abblättern zu verhindern. Schließlich wurde der Aufbau der Abdeckung vereinfacht, um ein müheloses Ersetzen zu ermöglichen.
Der Artikel "Sputtering cathode glow suppression shields" in IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Vol 20, No. 3, August 1977, Seiten 1177-1178, New York, US; W. C. LESTER et al. offenbart das Reinigen einer Abdeckung, indem sie gesputtert wird. Das Material, das von der Abdeckung entfernt wird, ist ein Festkörper, der auf den Wänden der Sputterkammer und auf dem Target abgeschieden wird.
US-A-4 786 352 offenbart einen Prozeß zum Reinigen einer CVD-Kammer durch reaktives Plasmaätzen. Eine HF- Energiequelle wird verwendet, um ein Plasma aus gasförmigen, reaktiven Spezies zu erzeugen, das von den inneren Oberflächen der Kammer und/oder von den Oberflächen von Bearbeitungsgeräten oder von Substraten, die in der Kammer abgelegt sind, unerwünschte Ablagerungen abätzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von überflüssigem Targetmaterial vorzusehen, das sich auf einer Abdeckung in einer Sputterkammer abgeschieden hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung vorzusehen.
Diese Aufgaben werden mit dem Verfahren des Anspruchs 1 bzw. mit der Vorrichtung des Anspruchs 6 gelöst.
Gemäß der Erfindung wird im Prinzip während eines in situ- Reinigungszyklus in der physikalischen Aufdampfkammer (PVD- Kammer) ein Vakuum erzeugt. Ein Gasgemisch, das ein Reaktionsgas enthält, wird in die PVD-Kammer eingelassen. Das Reaktionsgas wird durch eine Plasmaentladung aktiviert und mit den Reaktionsprodukten aus der Kammer herausgepumpt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein in situ-Reinigen der Abdeckungen in einer PVD-Kammer. Das in situ-Reinigen der Abdeckungen in Prozessen der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ist einfacher als in PVD- Kammern. Der Grund liegt darin, daß PVD-Prozesse typischerweise unter Hochvakuum betrieben werden, was einem Einsatz von Atzmitteln zum Reinigen einer Abdeckung nicht förderlich ist. Zusätzlich bestehen die Abdeckungen nach dem Stand der Technik oft aus vielen Teilen, was es schwierig macht, Material gleichmäßig von ihnen herunterzuätzen. Genauso muß zum effektiven Ätzen einer Abdeckung - ohne eine überflüssige Menge des Targets zu entfernen - auf irgendeine Weise das Bombardement des Atzmittels auf die Abdeckung erhöht werden, während das Bombardement des Ätzmittels auf das Target verringert werden muß. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung löst alle diese Probleme. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das in der PVD-Kammer erzeugte Vakuum während des Reinigungszyklus geringer (schlechter), als das für typische PVD-Prozesse verwendete Vakuum. Die Abdeckung ist aus wenigen Teilen leitfähigen Materials aufgebaut und sorgt so für gleichmäßiges Ätzen. Genauso wird während des Reinigungszyklus ein negatives Spannungspotential an die Abdeckung angelegt, so daß ein erhöhtes Bombardement von Ätzmittel auf die Abdeckung erfolgt.
Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schließen eine vorgeschaltete Aktivierung des Reaktionsgases in einer speziellen Aktivierungskammer ein, indem eine Hochfrequenzspannung oder eine Gleichstromspannung an eine Elektrode angelegt wird, um das Reaktionsgas zu aktivieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine physikalische Aufdampfkammer und eine zugehörige Schaltungsanordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der physikalischen Aufdampfkammer in auseinandergezogener Darstellung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 zeigt eine Modifikation an der, in Fig. 1 gezeigten, physikalischen Aufdampfkammer und Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, um eine vorgeschaltete Aktivierung des Reaktionsgases zu ermöglichen.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 enthält eine physikalische Aufdampfkammer (PVD Kammer) 14 einen beweglichen Wafertisch 24. Im Verlauf der Bearbeitung wird ein Probestück, z. B. ein Wafer, auf den Wafertisch 24 gelegt. Der Wafertisch 24 wird durch eine Muffe 16 und eine Abdeckung 17 hindurch an den Ort der Bearbeitung angehoben. Ein Schaltkreis für die Wafer-HF- Vorspannung 12 versorgt den Wafer mit einer HF-Vorspannung. Ein Schaltkreis 13 für die Wafer-Gleichstrom-Vorspannung versorgt über eine Leitung 18 den Wafer mit einer Gleichstrom-Vorspannung.
Eine Gassteuerschaltung 26 steuert den Gasfluß in die Kammer 14 hinein und aus der Kammer 14 heraus. Eine Vakuumpumpe 25 wird verwendet, um während einer Bearbeitung der Wafer in der PVD-Kammer 14 ein Vakuum zu erzeugen.
Ein Target 20 kann z. B. aus Titan und Wolfram zusammengesetzt sein. Das Target 20 ist durch eine Isolierung 10 von der Abdeckung 17 und dem Rest der PVD- Kammer 14 elektrisch isoliert. Eine Gleichstromenergieversorgung 21 erzeugt ein Spannungspotential zwischen der Abdeckung 17 und dem Target 20. Ein Schalter 27 ändert die Polarität des Spannungspotentials.
Die Gleichstromenergieversorgung 21 ist potentialfrei, so daß weder eine Kathode 22 noch eine Anode 23 an der PVD- Kammer 14 geerdet ist.
Während die Wafer bearbeitet werden, verbindet der Schalter 27 die Kathode 22 der Gleichstromenergieversorgung 21 mit dem Target 20. Der Prozeßschalter 27 verbindet die Anode 23 mit der Abdeckung 17. Die Gleichstromenergieversorgung 21 wird verwendet, weil Gas in der Form von Plasma gegen jegliche Oberfläche beschleunigt wird, die mit der Kathode 22 verbunden ist. Argon wird durch eine Öffnung 28 (Fig. 2) gepumpt, kollidiert mit dem Target 20 und verursacht ein Besputtern eines Wafers auf dem Wafertisch 24 mit Titan Wolfram-Material.
Während die Abdeckung 17 gereinigt wird, verbindet der Schalter 27 die Kathode 22 der Gleichstromenergieversorgung mit der PVD-Kammer 14, die wiederum mit der Abdeckung 17 verbunden ist. Der Schalter 27 verbindet ebenfalls die Anode 23 mit dem Target 20. Ein Gasgemisch, das ein Reaktionsgas enthält, z. B. NF&sub3;, CF&sub4; oder SF&sub6;, wird durch die Öffnung 28 eingelassen. Das Reaktionsgas wird durch eine Plasmaentladung aktiviert, z. B. durch das elektrische Feld, das durch die Gleichstromenergieversorgung 21 erzeugt wird. Das Reaktionsgas ätzt das Material auf der Abdeckung 17. Die Durchflußmenge der Gase ist ungefähr 100 sccm. Der Absolutdruck innerhalb der PVD-Kammer kann irgendwo zwischen 0,13 Pa (1 Millitorr) und 133 Pa (1000 Millitorr) liegen. Die Zeitdauer des Ätzvorganges liegt typischerweise zwischen einer und zehn Minuten. Die erzeugten Reaktionsprodukte werden kontinuierlich abgepumpt.
Nachdem das Reaktionsgas entfernt wurde, verbindet der Schalter 27 wieder die Kathode 22 mit dem Target 20 und die Anode 23 mit der Abdeckung 17. Bevor irgendwelche neue Wafer in die PVD- Kammer 14 eingebracht werden, kann das Target 20 z. B. mit Argon bombardiert werden. Dieses Sputterreinigen entfernt irgendwelche Reste des Reaktionsgases auf dem Target 20 und legt neues Targetmaterial frei. Das Sputterreinigen dient ebenso zum Versiegeln der Oberfläche der Abdeckung 17 und wirkt als Getter, wodurch die Gasverunreinigungen entfernt und eingefangen werden. Während des Sputterreinigens steht die PVD-Kammer unter dem Hochvakuum, das normalerweise während einer tatsächlichen Abscheidung auf einen Wafer anliegt.
Fig. 2 zeigt die PVD-Kammer 14, die Abdeckung 17 und die Muffe 16. Wie gezeigt, weist die Kammer 14 Öffnungen 27, 28, 29, 30, 31, 32 und 33 auf. Die Öffnung 30 kann z. B. für die Vakuumpumpe 25 verwendet werden oder für eine Vorpumpe für das anfängliche Pumpen zur Erzeugung eines Vakuums. Die Öffnung 33 kann z.B. für einen Restgasanalysator verwendet werden. Die Öffnung 32 kann z. B. für eine Stromleitung in die PVD-Kammer 14 verwendet werden, um z. B. eine Lampe für den PVD-Prozeß zu betreiben. Die Öffnung 27 kann z. B. zum Belüften verwendet werden. Die Öffnung 29 kann z. B. als Fenster verwendet werden. Die Öffnung 28 kann z. B. verwendet werden, um die Kammer 14 mit Argon und Reaktionsgas zu versorgen. Durch eine Öffnung 31 werden die Wafer mit einem Automaten (nicht dargestellt) in die PVD-Kammer 14 gelegt. Die Abdeckung 17 ist so aufgebaut, daß die Oberfläche für das Reinigen mittels Ätzen einheitlich ist. Genauso ist während des Reinigens der Abdeckung 17 das Spannungspotential an der Abdeckung 17 gleichmäßig über alle Teile der Abdeckung 17 verteilt.
Bei dem hier diskutierten, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Titan-Wolfram-Target verwendet. Viele andere Materialien können als Target verwendet werden, z. B. Titan oder Wolfram. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls nützlich, um Abdeckungen für sehr viele verschiedene Prozesse zu reinigen. Wenn das Target 20 z. B. aus Aluminium besteht, so würde der Reinigungsprozeß der gleiche sein, mit der Ausnahme, daß für das Ätzen ein chlorhaltiges Gas wie Cl&sub2; oder BCl&sub3; verwendet wird.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der das Reaktionsgas in einer vorgeschalteten Aktivierungskammer 52 aktiviert wird. Um das Reaktionsgas mit einer Plasmaentladung zu aktivieren, kann eine Aktivierungsenergiequelle 56 entweder Gleichstrom- oder HF-Energie verwenden, die an eine Elektrode 53 angelegt wird. Nach der Aktivierung des Reaktionsgases wird das Gasgemisch, welches das Reaktionsgas enthält, durch eine Leitung 51 zur PVD-Kammer 14 gepumpt.

Claims

1. Ein Verfahren zum Reinigen einer Abdeckung (17) innerhalb einer Sputterkammer (14) , um Material zu entfernen, das von einem Sputtertarget (20) abgesputtert und auf der Abdeckung (17) abgeschieden wurde, wobei das Target (20) durch Anlegen einer bzgl. der Abdeckung (17) positiven Spannung an das Target (20) abgesputtert wird und wobei das Reinigen durchgeführt wird, während die Abdeckung (17) in der Sputterkammer (14) verbleibt, gekennzeichnet durch

die Schritte:

(a) Herauspumpen von Gas aus der Sputterkammer (14), damit das Gas innerhalb der Kammer (14) auf einem Vakuumdruckwert gehalten wird;

(b) Einströmenlassen eines reaktiven Ätzgasgemisches in die Sputterkammer (14);

(c) Erzeugen einer Plasmaentladung im Gas; und

(d) Anlegen einer positiven Spannung an die Abdeckung (17) relativ zum Target (20), wodurch die Abdeckung (17) geätzt wird, um das Material abzuätzen, das auf der Abdeckung (17) abgeschieden ist, ohne das Target (20) wesentlich zu ätzen und wodurch das Pumpen das entfernte Material aus der Sputterkammer (14) abführt.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Pumpschritt das Halten des Gases auf einem Druckwert zwischen 0,13 Pa (1 Millitorr) und 133 Pa (1 Torr) beinhaltet.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Gleichstromenergiequelle, die mit dem Target (20) und der Abdeckung (17) verbunden ist, während des Sputtern des Targets (20) mit einer ersten Polarität und während des Schrittes (d) mit einer umgekehrten Polarität verbunden ist.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 31 bei dem der Schritt (c) innerhalb der Sputterkammer durchgeführt wird.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Schritt (c) vor dem Schritt (a) in einer der Sputterkammer (14) vorgeschalteten Aktivierungskammer (52) durchgeführt wird.

6. Eine Vorrichtung zum physikalischen Aufdampfen, die enthält:

eine Sputterkammer (14);

Haltemittel (24) für Probestücke, um Probestücke in der Sputterkammer (14) abzustützen;

ein innerhalb der Sputterkammer (14) untergebrachtes Sputtertarget (20), von dem Material auf die Probestücke abgeschieden wird;

eine Energieversorgung (21) mit einer Kathode (22) und einer Anode (23), zum Anlegen einer positiven Spannung an das Target (20) relativ zu einer Abdeckung (17); und

Mittel zum Reinigen der Abdeckung (17), während die Abdeckung (17) in der Sputterkammer (14) verbleibt, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel aufweisen:

eine mit der Sputterkammer (14) gekoppelte Gaseinlaßeinrichtung (26; 51, 52) zum Einführen eines ein Reaktionsgas aufweisenden Gasgemisches in die Sputterkammer (14);

eine Gasaktivierungseinrichtung (21, 22, 23, 27; 42, 43; 53, 56) zum Aktivieren des Reaktionsgases mittels einer Plasmaentladung;

eine Pumpeinrichtung (25) zum Erzeugen eines Vakuums in der Sputterkammer (14) zu Beginn eines Reinigungszyklus und zum Abführen des Gasgemisches zusammen mit dem entfernten Material aus der Sputterkammer; und

eine mit der Energieversorgung gekoppelte Schalteinrichtung (27) zum Anlegen einer positiven Spannung an die Abdeckung (17) relativ zum Target (20) während des Reinigungszyklus.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Gasaktivierungseinrichtung einschließt: eine vorgeschaltete Aktivierungseinrichtung (52, 531 56) zum Aktivieren des Reaktionsgases, bevor das Gasgemisch in die Sputterkammer (14) eingeleitet wird.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die vorgeschaltete Aktivierungseinrichtung (52, 531 56) enthält:

eine vorgeschaltete Aktivierungskammer (52) durch die sich das Gasgemisch vor der Einführung in die Sputterkammer (14) bewegt; und

elektrische Energieversorgungsmittel (56), die mit einer Elektrode (53) in der vorgeschalteten Aktivierungskammer (52) verbunden sind.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die elektrischen Energieversorgungsmittel (56) HF Energieversorgungsmittel sind, die die Elektrode (53) mit einer Hochfrequenzspannung versorgen.

10. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der das Target (20) ein Sputtertarget ist, das aus Wolfram, Titan oder Wolfram-Titan besteht, und das Reaktionsgas Fluor enthält oder das Target (20) ein Sputtertarget ist, das aus Aluminium besteht, und das Reaktionsgas Chlor enthält.