JP2002057114A - 遠隔プラズマ発生器の半導体処理チャンバとの統合化 - Google Patents
遠隔プラズマ発生器の半導体処理チャンバとの統合化Info
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Abstract
理チャンバの蓋の上に搭載され、統合化された基板処理
装置を構成する。 【解決手段】 遠隔プラズマ発生器は、洗浄工程中に作
動され、洗浄プラズマ種を発生して、過フッ化炭化水素
排出を低減する。三方バルブが、チャンバへのガス流れ
を調節可能に制御する。洗浄工程の間に、三方バルブ
は、洗浄プラズマ前駆物質を第1ガス管路から遠隔プラ
ズマ発生器に導き、洗浄プラズマ種を発生しそれがチャ
ンバ中の堆積物を洗浄するためにチャンバに流される。
蒸着工程の間に、三方バルブは、遠隔プラズマ発生器を
迂回して第1処理ガスを第1ガス管路からチャンバに導
く。第1処理ガスは、チャンバ内に配置された基板上に
層を蒸着するためにチャンバに導入される前に、一般的
に混合デバイス中で第2ガス管路から供給される第2処
理ガスと混合される。
Description
用の装置に関し、より詳細には、小型密閉式遠隔プラズ
マ発生器の基板処理装置との統合化に関する。
シリコン・ウエハのような基板上に層を形成することを
しばしば必要とする。層には異なる材料が含まれること
がしばしばあるので、蒸着プロセスのための様々な技術
がいままで開発されてきた。例えば、金属の層が蒸着さ
れパターン化されて、導電性相互接続を形成することが
可能であるか、または絶縁層が形成されて導電性の層を
互いに電気的に絶縁することが可能であった。絶縁材料
あるいはその他の材料の層を形成するために用いられて
きた層形成プロセスの種類の中に化学蒸着(CVD)プ
ロセスがある。
くとも1つの前駆物質ガスまたは蒸気に作用させて前駆
物質をより反応性のプラズマに変化させるプラズマ増強
CVD(“PECD”)プロセスだけでなく、前駆物質
ガスまたは蒸気が基板の加熱された表面に応じて反応す
る熱蒸着プロセスを含む。プラズマを形成することで薄
膜を形成するのに必要とされる温度を下げることが可能
になり、膜形成の速度を増大させるかまたは膜形成の速
度を増大と温度を下げることが可能になる。従って、プ
ラズマ増強プロセスが望ましい応用範囲は広い。
物質が残渣として普通蒸着チャンバの壁面及び蒸着装置
の他の構成部品に堆積する。残渣は堆積して微粒状汚染
の発生源となり、ウエハの不合格の原因となる可能性が
あるので、チャンバの壁面上の物質は、一般に望ましく
ない。チャンバの内部から残渣を除去するためのいくつ
かの洗浄方法が今まで開発されてきている。“ウエット
洗浄”として知られている1つの方法が、蒸着チャンバ
を部分的に分解して、表面を好適な洗浄液を用いて清拭
することにより実施される。他の種類の洗浄方法は、プ
ラズマを用いて残渣を、チャンバの排気装置から取り出
すことができる揮発性の生成物に転換することで残渣を
除去する。これらのプロセスは“ドライ”洗浄として知
られている。
プロセスがある。1方の種類は、処理チャンバの内部、
つまり“その場で”プラズマを形成する。“その場で”
のプラズマ洗浄の実例は、NF3及びC2F6ガスを用い
てチャンバ内部の残渣を除去するために遊離フッ素を生
成する。他方の種類は、遠隔プラズマ発生器中にプラズ
マを生成し、次いでイオンを処理チャンバ中に流す。か
かる遠隔プラズマ洗浄プロセスは、“その場で”のプラ
ズマ装置を備えていない蒸着装置にドライ洗浄機能を施
すような幾つかの長所を備えている。さらに、遠隔プラ
ズマ装置は、洗浄プラズマ前駆物質ガスまたは蒸気をプ
ラズマに転換するのにより効率的である可能性があり、
またチャンバの外部でプラズマを生成することで、プラ
ズマ加熱及びスパッタ作用のようなプラズマ生成過程で
の潜在的に望ましくない副産物からチャンバの内部を保
護する。遠隔プラズマ装置を用いることで、また過フッ
化炭化水素(PFC)排出も減少する。一方、CVD装
置に適した遠隔プラズマ装置は、一般に高価でかつ嵩張
るので非実用的であり経済的見地からして実現不可能で
ある可能性がある。遠隔プラズマ発生器付きの現用のC
VD装置を改造するには、費用と時間がかかるかなりの
変更を必要とする可能性がある。
の低コストの遠隔プラズマ発生器の基板処理装置との統
合化を目的としている。
て、遠隔プラズマ発生器は、処理チャンバ内に配置され
た基板保持具の上部の処理チャンバの蓋に搭載される。
ガス供給装置が設けられて、洗浄工程において洗浄プラ
ズマ先駆物質を遠隔プラズマ発生器を通して処理チャン
バに導き、洗浄プラズマ種を発生してチャンバを洗浄す
る。蒸着の間に、ガス供給装置は、遠隔プラズマ発生器
を迂回しながら、1つあるいはそれ以上の処理ガスを処
理チャンバ中に導く。混合デバイスが、洗浄工程の間に
遠隔プラズマ発生器から処理チャンバへの洗浄プラズマ
種のための短い直接の流路、及び蒸着プロセスの間に複
数の処理ガスを混合するための長い混合流路をモータら
す。統合化は、現用の処理チャンバに些細な変更をする
必要があるだけで、最小限度の装置休止時間のうちに低
コストでかかるチャンバを改造するのに特に適してい
る。統合化すれば、充分に頑丈であるので異なるチャン
バ構成に適応性がある。過フッ化炭化水素排出をかなり
減少させるほかに、統合化された装置は、洗浄回数を減
らすことで処理能力を高め、従って運転費用を低減す
る。統合化された装置は、“その場で”のプラズマ洗浄
プロセスにより引き起こされるチャンバ内部への有害な
影響を排除することでCVD装置の寿命を延ばすことも
併せて可能になる。
処理チャンバを画定するハウジング、及び処理チャンバ
中での基板処理の間に基板を支持するための基板支持体
を含む。装置は、入口及び出口を有する遠隔プラズマ発
生器並びにガスを処理チャンバ中に導入するためのガス
供給装置をさらに含む。ガス供給装置は、バルブ入口、
第1バルブ出口及び第2バルブ出口を有する三方バルブ
を含む。三方バルブは、バルブ入口から第1バルブ出口
への第1バルブ流路及びバルブ入口から第2バルブ出口
への第2バルブ流路の間の流れを切り換えるのに調節可
能である。第1入口流れ導管は、遠隔プラズマ発生器の
出口及び処理チャンバの間に連結される。遠隔プラズマ
導管は、三方バルブの第1バルブ出口及び遠隔プラズマ
発生器の入口の間に連結される。第2入口流れ導管は、
三方バルブの第2バルブ出口及び処理チャンバの間に連
結される。
チャンバと連結された第3入口流れ導管を含むものがあ
る。ガス供給装置は、遠隔プラズマ発生器からのガス流
れを第1入口流れ導管を通してチャンバへ導くための第
1流路を有する混合ブロックを含む。混合ブロックは、
第2入口流れ導管及び処理チャンバの間に連結された第2
流路並びに第3入口流れ導管及び処理チャンバの間に連
結された第3流路を含む。混合ブロック中の第2及び第
3流路は、少なくとも部分的にオーバラップして多数の
屈曲部を含み、第2及び第3入口流れ導管からの処理ガ
スを混合させる。
発生器は、チャンバ中の基板支持体のほぼ上方に配置さ
れたハウジングの蓋上に搭載される。セラミック絶縁体
が、遠隔プラズマ発生器及び処理チャンバの間に連結さ
れ、遠隔プラズマ発生器及び処理チャンバの間のガス流
れを促進する流路を含む。チャンバ中の“その場で”の
プラズマプロセスの間に、処理ガスは、遠隔プラズマ発
生器の方に逆流する可能性がある。一方の側面でのチャ
ンバのRFが流れている構成部品及び他方の側面での遠
隔プラズマ発生器をチャンバに取り付けるための接地さ
れた取付け金具との間に処理ガスが存在すれば、その領
域に二次プラズマを生じる可能性がある。二次プラズマ
は、チャンバの内側のプラズマの不安定性を引き起こ
し、蒸着に悪影響を及ぼす可能性がある。セラミック絶
縁体は、チャンバのRFが流れている構成部品を接地さ
れた取付け金具から絶縁し二次プラズマの生成を防止す
る。
板処理装置は、処理チャンバを画定するハウジング、処
理チャンバ中での基板処理の間に基板を支持するための
基板支持体、及び遠隔プラズマ発生器を含む。この装置
は、第1ガス管路、第2ガス管路、第1ガス用の第1ガ
ス供給源、第2ガス用の第2ガス供給源、及び第3ガス
用の第3ガス供給源をさらに含む。第1ガス供給源を第
1ガス管路に連結するためのデバイスが設けられて、第
1工程の間に第1ガスを第1ガス管路及び遠隔プラズマ
発生器を通して処理チャンバに流す。第2工程の間に、
このデバイスは、第2ガス供給源を第1ガス管路に連結
し、第2ガスを第1ガス管路を通して遠隔プラズマ発生
器を迂回して処理チャンバに流し、第3ガス供給源を第
2ガス管路に連結し、第3ガスを処理チャンバ中に流
し、また第2及び第3ガスを処理チャンバ中に流す前に
第2ガス及び第3ガスを一緒に混合する。
が、CVD装置10の垂直断面図である図1A及び図1
Bに示され、CVD装置10はチャンバ壁面15a及び
チャンバ蓋組立体15bを含む真空あるいは処理チャン
バ15を有するる。チャンバ壁面15a及びチャンバ蓋
組立体15bは、図1C及び図1Dの分解斜視図に示さ
れる。
かれた加熱された受け台12に載置されている基板(図
示せず)に処理ガスを分散させるガス分配マニホルド1
1を含む。加工処理の間、基板(例えば、半導体ウエ
ハ)は、受け台12の平坦な(またはやや凸状の)表面
12aに置かれる。受け台12は、下方の装填/取出位
置(図1Aに示される)及びマニホルド11に接近して
隣接する上方の加工処理位置(図1Aに破線14で示さ
れ、また図1Bに示される)の間を制御可能に移動でき
る。センタボード(図示せず)は、ウエハの位置に関す
る情報を得るためのセンサを含む。
な円形のガス分配前面板13aの貫通孔13b(図1
D)を通してチャンバ15中に取り入れられる。より具
体的に言えば、蒸着処理ガスは、(図1Bに矢印40に
より示される)入口マニホルド11を通して、従来の多
孔の阻止プレート42を通して、次いでガス分配前面板
13a中の孔13bを通してチャンバ中に流れ込む。
及びキャリアガスは、ガス源7からガス供給管路8(図
1B)を通して混合装置9中に投入され、そこでそれら
ガスが混合されて、その後マニホルド11に送られる。
一般的に、各処理ガスの供給管路は、(i)処理ガスの
チャンバ中への流れを自動的にまたは手動で遮断するの
に用いることができる幾つかの安全遮断弁(図示せ
ず)、及び(ii)供給管路を通してのガスの流れを測
定する質量流量制御装置(これも図示せず)とを含む。
有毒なガスがプロセス中に用いられる場合には、幾つか
の安全遮断弁は、従来の構成中の各ガス供給管路上に配
置される。
ロセスは、熱プロセスまたはプラズマ増強プロセスのど
ちらかにすることが可能である。プラズマ増強プロセス
においては、高周波(RF)電源44が、ガス分配前面
板13a及び受け台12の間の円筒形の領域内にプラズ
マを生成するために処理ガス混合気を励起するように、
ガス分配前面板13a及び受け台12の間に電力を印加
する。(この領域をここでは“反応領域”と呼ぶことに
する。)プラズマの成分が作用して、受け台12に支持
される半導体ウエハの表面に所望の薄膜を蒸着させる。
RF電源44は、一般的に13.56MHzの高域RF周
波数(RF1)と360KHzの低域RF周波数(RF
2)で電力を供給し、真空チャンバ15中に導入される
反応する種の分解を促進する混合周波数のRF電源であ
る。熱プロセスおいては、RF電源44は利用されない
はずで、処理ガス混合気が熱的に反応して、抵抗で加熱
されて反応のために熱エネルギーを供給する受け台12
に支持される半導体ウエハの表面に所望の薄膜を蒸着す
る。
マが、排気通路23及び遮断弁24を囲繞するチャンバ
ボディー15aの壁面を含む処理チャンバ15全体を加
熱する。プラズマが作動していないかまたは熱蒸着プロ
セスの間である場合には、高温の流体が、処理チャンバ
15の壁面15aを通して循環されて、チャンバを高温
に維持する。チャンバ15の蓋組立体15b中のこれら
の熱交換通路18の1部分が、図1Bに示される。チャ
ンバ壁面15aの残りの部分における通路は示されてい
ない。チャンバ壁面15aを加熱するのに用いられる流
体は、典型的な流体の種類、つまり、水をベースにした
エチレングリコールまたは油をベースにした伝熱流体を
含む。この加熱(“熱交換”による加熱と呼ばれる)
は、望ましくない反応生成物が凝縮するのを減少又は排
除するのに効果的であり、プロセスを汚染する可能性が
ある処理ガスの揮発性の生成物及び他の汚染物質が、低
温の真空通路の壁面に万一凝縮し、ガスが流れていない
間に処理チャンバに移動して戻ってしまうようなことが
ある場合に、それらの排除を促進する。
混合気の残りの部分は、真空ポンプ(図示せず)により
チャンバ15から排出される。具体的に言えば、ガスは
反応領域を囲繞する環状のスロット形状のオリフィス1
6を通して環状の排気プレナム17中に排出される。環
状のスロット16及びプレナム17は、チャンバの円筒
形の側壁15a(壁面の上部絶縁ライニング19を含
む)の上部及び円形のチャンバの蓋20の底部の間の隙
間により画定される。スロットオリフィス16及びプレ
ナム17の360°の円形の対称性及び均一性は、ウエ
ハに均一な薄膜を蒸着するようにウエハの全面に処理ガ
スの一均一な流れを得る上で重要である。
ナム17の側方の延長部分の下を流れ、観察窓(図示せ
ず)を通過して、下方に延びるガス通路23を通って、
真空の遮断弁24(その本体が下方のチャンバ壁面15
aと一体化している)を通過して、そして前方管路(図
示せず)を介して外部の真空ポンプ(これも図示せず)
に接続する排気出口25中に流入する。
くはアルミニウム、セラミックまたはその組合せ)は、
平行な同心円の形状で2回全体を巻くように構成された
埋め込まれた単一ループのヒータ要素を用いて抵抗加熱
される。ヒータ要素の外側の部分が、支持プラッタの周
辺に隣接しているのに対して、内側の部分は、より小さ
い半径を有する同心円の経路上にある。ヒータ要素の配
線は受け台12のステムを貫通する。
マニホルド前面板、及び様々な他の反応装置ハードウェ
アのいずれかあるいは全てが、アルミニウム、陽極酸化
アルミニウム、またはセラミックのような材料から作ら
れる。かかるCVD装置の実例が、Zhaoらに付与さ
れた「CVD処理チャンバ」の名称の米国特許第5,5
58,717号に記載されている。この第5,558,
717号特許は、本発明の譲受人であるApplied
Materials,Inc.に譲渡されており、そ
の全て本明細書に参考文献として組み込まれる。
によりチャンバ10の側面の装填/取出開口26を通し
てチャンバ15の本体中にまたそれから移送されると
き、モータ付きリフト機構32(図1A)が、ヒータ受
け台組立体12及びそのウエハリフトピン12bを昇降
する。モータ32は、加工処理位置14及び下方ウエハ
装填位置の間で受け台12を昇降する。供給管路8、ガ
ス供給装置、絞り弁、RF電源44、並びにチャンバ及
び基板加熱装置に接続されたモータ、バルブまたは流れ
制御装置は、そのうちの一部分のみが示される制御ライ
ン36を通してシステム制御装置34(図1B)により
すべて制御される。制御装置34は、光センサからのフ
ィードバックに基づき、制御装置34の制御下で適切な
モータにより動かされる絞り弁やサセプタのような可動
式機械組立体の位置を決定する。
て、システム制御装置は、ハードディスクドライブ(メ
モリ38)、フロッピディスクドライブ及びプロセッサ
37を含む。プロセッサは、シングルボード・コンピュ
ータ(SBC)、アナログ及びディジタル入力/出力ボ
ード、インタフェースボード並びにステッパモータ制御
ボードを含む。CVD装置10の様々な部品は、ボー
ド、カードケージ、及びコネクタ寸法並びに型式を規定す
る「Versa Modular European
(VME)標準」に適合する。VME標準は、またバス
構造を16ビットデータバス及び24ビットアドレスバ
スを有するものとして規定する。
動の全てを制御する。システム制御装置は、メモリ38
のようなコンピュータで読み取り可能な媒体に記憶され
るコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウ
ェアを実行する。メモリ38はハードディスクドライブ
であることが好ましいが、、メモリ38は他の種類の記
憶装置にすることも可能である。コンピュータプログラ
ムは、タイミング、ガス混合、チャンバ圧力、チャンバ
温度、RF電力レベル、サセプタ位置及び特定のプロセ
スのパラメータを命じる指令の集合を含む。例えば、フ
レキシブルディスクまたは他の1つの適当なドライブを
含む、他のメモリ素子に記憶された他のコンピュータプ
ログラムもまた制御装置34を作動するのに用いること
が可能である。
はチャンバ15を洗浄するためのプロセスは、制御装置
34により実行されるコンピュータプログラム製品を用
いて実行することができる。コンピュータプログラムコ
ードは、従来のコンピュータで読み取り可能ないずれか
のプログラミング言語、例えば、68000アセンブリ
言語、C,C++,パスカル、フォートランまたは別の
言語でも書くことが可能である。好適なプログラムコー
ドが、従来のテキストエディタを用いて、単一ファイル
または複数のファイルに入力され、コンピュータの記憶
装置のようなコンピュータに使用可能な媒体に記憶され
るかまたは具体化される。入力されたコードテキストが
高レベル言語である場合には、そのコードはコンパイル
され、結果として生じるコンパイラコードは、次ぎにプ
リコンパイルされたWindows(登録商標)ライブ
ラリルーチンの目的コードとリンクされる。リンクさ
れ、コンパイルされた目的コードを実行するために、シ
ステムユーザは、目的コードを呼び出し、コンピュータ
システムにそのコードをメモリ中にロードさせる。次い
で、中央処理装置(CPU)が、コードを読み取って実
行し、プログラム中に特定されるタスクを実行する。
ェースは、1つあるいはそれ以上のチャンバを含むこと
ができる基板処理装置におけるシステムモニタ及びCV
D装置10の簡略ダイアグラムである図1Eに示される
CRTモニタ50a及びライトペン50bによるもので
ある。この好ましい実施形態においては、2台のモニタ
50aが用いられて、1台は操作者用にクリーンルーム
の壁面に、他の1台は修理技術者用に壁面の後ろに置か
れる。モニタ50aは同じ情報を同時にディスプレイす
るが、ライトペン50bは1本しか使用可能にされな
い。ライトペン50bの先端の光センサは、CRTディ
スプレイにより発射される光を検知する。特定の画面ま
たは機能を選ぶためには、操作者はディスプレイ画面の
指定された領域をタッチし、ペン50b上のボタンを押
す。タッチされた領域は、それの強調表示された色が変
化するかまたは新しいメニュか画面がディスプレイされ
て、ライトペン及びディスプレイ画面の間の情報伝達を
確認する。キーボード、マウスまたは他の位置決め装置
あるいは通信デバイスのような他のデバイスを、ライト
ペン50bの代わりまたはそれに加えて用いることがで
きて、ユーザは制御装置34と通信することが可能にな
る。
マニホルド11を含む処理チャンバ15の蓋組立体15
bに搭載された遠隔プラズマ発生器60を示す。取付け
アダプタ64が、図1A及び図3に最もよく見られるよ
うに、遠隔プラズマ発生器60を蓋組立体15b上に搭
載する。アダプタ64は一般に金属で作られる。混合デ
バイス70は、ガス分配マニホルド11(図1A)の上流
側に連結される。混合デバイス70は、処理ガス(図
3)を混合するために混合ブロック76のスロット74
の内側に配置された混合インサート72を含む。セラミ
ック絶縁体66が、取付けアダプタ64及び混合デバイ
ス70(図1A及び図3)の間に置かれる。セラミック
絶縁体66は、酸化アルミニウム(Al2O3)(純度9
9%の)、Teflon(登録商標)または類似のもの
のようなセラミック材料で作られる。取り付けられた場
合、混合デバイス70及びセラミック絶縁体66は、蓋
組立体15bの1部分を形成する。絶縁体66は、金属
アダプタ64を混合デバイス70及びガス分配マニホル
ド11から絶縁して、以下により詳細に説明されるよう
に、二次プラズマが蓋組立体15b中に生成される可能
性を最小限にする。図2に示されるように、三方バルブ
77が、処理ガスの処理チャンバ15への流れを直接に
または遠隔プラズマ発生器60を通して制御する。
bに取り付けられてしかも費用や時間がかかる変更を伴
わずに容易に改造できて現用のチャンバに取り付けるこ
とが可能な、小型の密閉式装置であることが望ましい。
1つの好適な装置が、マサチューセッツ州ウォバーンの
Applied Science and Techn
ologyから入手可能なASTRON(登録商標)発
生器である。ASTRON(登録商標)発生器は、処理
ガスを分離するのに低領域のトロイド形の(LFT(登
録商標))プラズマを利用する。1つの実例では、プラ
ズマは、NF3のようなフッ素を含むガス及びアルゴン
のようなキャリアガスを含む処理ガスを分離し、処理チ
ャンバ15の薄膜堆積を洗浄するのに用いられる遊離し
たフッ素を生成する。
ック76は、その中で混合される処理ガスを受入れるた
めの2つの入口78、80及びガス混合気がそれを通し
て出る底部の出口81を含む。冷却入口82及び冷却出
口84が、冷却(図3)用の冷却ブロック76を通して
冷却剤を循環させるために設けられる。処理ガスの混合
は混合インサート72内で起こる。
を概略的に示す。第1ガス管路90からの第1ガスは、
入口91で三方バルブ77に入り、第1出口92または
第2出口93のどちらかを通って出る。第1出口92
は、中間導管94に導かれ、遠隔プラズマ発生器60を
貫通して混合ブロック76の上部入口98に連結された
上部導管95へ通じる。発生器60中のプラズマは、第
1処理ガスからプラズマ種を生じ、それが次いで上部導
管95、混合デバイス70、及びガス分配マニホルド1
1を通してチャンバ15に流れる。図1Aに示されるよ
うに、セラミックインサート66及び取付けアダプタ6
4を通る導管は、遠隔プラズマ発生器60及び混合デバ
イス70の間に流体連結される上部導管95形成する。
導管96を介して混合デバイス70の混合ブロック76
の側部の入口78に直接通じて、遠隔プラズマ発生器6
0を迂回する。第2処理ガスは、第2ガス管路100を
介して側部の入口80で混合ブロック76に入る。特定
の実施形態において、気化器101が、第2ガス管路1
00に供給される液体の前駆物質を気化するために、第
2ガス管路100と連結される。処理ガスは、混合デバ
イス70の混合インサート72中で混合される。ガス混
合気は、混合ブロック76の出口81を出て、ガス分配
マニホルド11を通してチャンバ15に入る。排気ガス
は排気出口25を通してチャンバ15を出る。
側面図に最も良く見られるように、混合インサート72
は、複数の流路を含む。破線の矢印106により示され
る第1流路は、インサート72(図5B及び図5C)の
中心線を通ってほぼ真っ直ぐに延びて、混合ブロック7
6(図4)の上部入口98及び出口81の間に流体連結
される。第2流路は、矢印108により示されるよう
に、インサート72(図5A及び図5C)のほぼ右の側
面を通して蛇行し、混合ブロック76(図4)の側部入
口78及び出口81の間に流体連結される。第3流路
は、矢印110により示されるように、インサート72
(図5A及び図5B)のほぼ左の側面を通して蛇行し、
混合ブロック76(図4)の側部入口80及び出口81
の間に流体連結される。図5Aに見られるように、第2
及び第3流路108、110は、多数位置で部分的にオ
ーバラップし、望ましくは鋭い屈曲部でガスの正面衝突
の混合を実現して、完全な混合を生じるようにする。イ
ンサート72の底部の近傍で、流路108,110は、
それぞれ中央の貫通開口114、116(図5A及び図
5B)に合体して、第1流路106の最後の部分は混合
ブロック76(図4)の出口81と流体連結される共通
の出口に至る。第2及び第3流路108、100は、第
1流路106より実質的に長く、また入口78、80か
らの第1及び第2処理ガスの完全な混合を促進する渦流
を発生するために複数の屈曲部を含む。第1流路106
は、遠隔プラズマ発生器60で生じたプラズマ種の再結
合を極力少なくするために短くかつ真っ直ぐであるのが
有利である。1つの実施形態において、第1流路106
は、長さが約1.5インチで、第2及び第3流路10
8、110は、長さが約7.5インチである。
るように、遠隔プラズマ発生器60の側面に取り付けら
れる。バルブ77は、一般に空気圧で作動し、入口91
及び第1出口92の間に連結される第1圧力スイッチ1
20並びに入口91及び第2出口93の間に連結される
第2圧力スイッチ122を含む。バルブ77の入口91
は、第1ガス管路90に接続される。バルブ77の第1
出口92は、遠隔プラズマ発生器60に通じる中間導管
94に接続される。バルブ77の第2出口93は、チャ
ンバ15に通じる入口導管96に接続される。第1圧力
スイッチ120は、常時は閉じられて入口91から第1
出口92への流れを阻止するのに対して、第2圧力スイ
ッチ122は、常時は開いていて入口91から第2出口
93へ流れさせる。本方式では、第1処理ガスは、入口
導管96を介してチャンバ15に流れ、遠隔プラズマ発
生器60を迂回する。バルブ77が代わりのモードに切
り換えられると、第1圧力スイッチ120は開いて、第
2圧力スイッチ122は閉じられて、チャンバ15に入
る前に第1処理ガスを中間導管94を通して遠隔プラズ
マ発生器60に導く。
り分離されるべきガスのみが、発生器60を通して流さ
れて、他のガスを発生器60を迂回させることを三方バ
ルブ77が保証する。プラズマを止めた状態で発生器6
0を通してオゾンのような他のガスを流すことが可能で
はあるが、かかるやり方の長期にわたる影響は不明であ
る。三方バルブ77を用いることで発生する可能性のあ
るいかなる問題も回避される。さらに、バルブ77を用
いることで、ガスを遠隔プラズマ発生器60に導くかま
たは必要に応じて発生器60を迂回することにより、異
なるプロセスのためにチャンバ15に異なるガスを流す
のに同じガス管路90が用いられることが可能になる。
本構成は、必要とされるガス管路の数を極力少なくし、
装置10の耐久性を向上させて、現用のチャンバを改造
するためにガス供給装置に対してなされる必要がある変
更の数を少なくする。
3が、第1ガス管路90の上部及び下部をいっしょに連
結し、また第2コネクタ124が、入口導管96の上部
及び下部をいっしょに連結する。第1ガス管路90及び
入口導管96の上部は、遠隔プラズマ発生器60に取り
付けられるのに対して、第1ガス管路90及び入口導管
96の下部は、チャンバ15の側面に取り付けられる。
第1ガス管路90の上部を第1コネクタ123で、また
入口導管96の上部を第2コネクタ124で分離するこ
とで、蓋組立体15bを容易にかつ迅速に取外すことが
可能になる。三方バルブ77は、蓋組立体15b上に搭
載される遠隔プラズマ発生器60に取り付けられる。バ
ルブ77、発生器60、及び蓋組立体15bは、分解す
ることなく都合よく取外されまた一体で再設置されるこ
とが可能である。
に三方バルブ77への第1ガス管路90と連結された安
全圧力スイッチ126を示す。圧力が所定のレベルまで
上昇する場合には、安全圧力スイッチ126は、過度の
圧力上昇及び漏洩を防止するために入力ガス流れを停止
する信号を発する。このことは、NF3のような有毒ま
たは危険な処理ガスにとっては特に重要である。図6は
また発生器60を冷却するための冷却剤を移送するため
に遠隔プラズマ発生器60に結合される冷却管路128
を示す。
態は、遠隔プラズマ発生器60からチャンバ15中への
ガスのための流路106を提供する混合デバイス70を
備えたガス供給装置を有する。混合デバイス70は、2
つの入口ガス管路96、100からの処理ガスを混合
し、その混合気をチャンバ15(図5A〜図5C)に供
給するための2つの部分的にオーバラップする流路10
8、110をさらに含む。ガス供給装置は、一般に2つ
のモードのうちの1つで作動する。蒸着モードでは、第
1処理ガスは、第1ガス管路90から三方バルブ77及
び入口導管96を通して混合デバイス70に流れ、また
第2処理ガスは、第2ガス管路100から混合デバイス
70(図4)に流れる。混合デバイス70は、第1及び
第2処理ガスを混合し、基板上に層を蒸着するためにそ
の混合気をチャンバ15に供給する。洗浄モードにおい
て、第2処理ガスの供給が遮断される。第1処理ガス
は、洗浄プラズマ前駆物質であり、第1ガス管路90か
ら三方バルブ77及び中間導管94を通して遠隔プラズ
マ発生器60(図4)に流れる。発生器60は、プラズ
マを形成し、前駆物質を洗浄プラズマ種に分離して、チ
ャンバ15中で蒸着物を洗浄するためにプラズマ種を導
管95及び混合デバイス70を通してチャンバ15に供
給する。もちろん、別の処理モードを実施することも可
能である。例えば、別のモードでは、第1ガス管路90
から第1処理ガスを遠隔プラズマ発生器60を通してチ
ャンバ15に、また第2処理ガスを第2ガス管路100
を介してチャンバ15に直接流すことを必要とする可能
性がある。
であるために比較的に容易に変更することが可能である
ことが理解される。例えば、図3及び図5A〜図5Cの
混合インサート72は、例えば、異なる混合構成を有す
るものと取り換えることが可能である。混合ブロック7
6も、2つより多いガス管路からガスを受入れるための
追加の入口を有するものと交換することが可能である。
これらの変更は、さらなるガス流れを随意選択的に提供
し、異なるプロセスを実施するためにガス混合及びチャ
ンバ15への供給の追加のモードを実行する。
体66を用いることで、蓋組立体15bでの2次プラズ
マの起こり得る生成により生じる不安定性が排除され
る。図1Aに示されるシステム構成において、処理ガス
は、取付けアダプタ64及びセラミックインサート66
を通して導管により形成される上部導管95を通して逆
流する可能性がある。チャンバ15の内部でプラズマが
生成されると、ガス分配マニホルド11及び混合デバイ
ス70には、RFが流れる。金属取付けアダプタ64
は、一般に接地される。ヘリウムのようなプラズマに衝
突することが出来るガスが、RFが流れているマニホル
ド11及び接地されたアダプタ64の間の導管95中に
在る場合は、2次プラズマが上部導管95中に形成され
る可能性がある。2次プラズマは、チャンバ15の内側
のプラズマの不安定性を引き起こし、結果として多孔性
堆積膜のような低品質の薄膜を蒸着する可能性がある。
上部導管95中のヘリウムのようなガスが、例えば、
“その場で”の堆積膜の形成においてPE(プラズマ増
強)膜の蒸着及びSA(大気中より低い圧力)膜の蒸着
の間に共通である基板のN2処理の間に存在する可能性
がある。N2処理は、一般にヘリウムガス及び窒素ガスを
用いてチャンバ15中のプラズマに衝突させるプラズマ
処理である。ヘリウムは、N2処理の間に上部導管95
中に逆流する可能性がある。ガス分配マニホルド11及
び混合デバイス70には、RFが流れていて、取付けア
ダプタ64は接地されているので、マニホルド11及び
アダプタ64の間の上部導管95中のヘリウムの存在
が、導管95中に2次プラズマを形成させることにな
り、チャンバ15の内側のプラズマの不安定性を引き起
こす可能性がある。金属製のアダプタ64を混合デバイ
ス70及びガス分配マニホルド11から分離することに
より、セラミック絶縁体66は、上部導管95中に2次
プラズマが生成される可能性を極力少なくする。
バ中で行なわれた場合には、2次プラズマは、発生する
可能性のある問題であるということが理解される。N2
及びHeに対するイオン化電位が全てのガスについては
最も低い部類の入るので、N 2処理中に2次プラズマが
生じる可能性がもっと高い。
それからプロセスを洗浄する図1A〜図7のCVD装置
の使用を示す。プロセスの最初の段階200において、
プロセスのモードが選択される。蒸着モード(段階20
2)においては、基板がチャンバ15中に用意される
(段階204)。三方バルブ77は、段階206で遠隔
プラズマ発生器60(図4)を迂回するように切り換え
られる。第1処理ガスは、第1入口管路90から三方バ
ルブ77及び入口導管96を通して混合デバイス70に
向けられる(段階280)。段階210では、第2処理
ガスが、第2入口管路(図4)を介して混合デバイス7
0に流される。混合デバイス77(図5Aから図5Cま
で)は、第1及び第2処理ガスを段階212で混合す
る。ガス混合気は、チャンバ15中に流されて基板上に
層を蒸着する(段階214)。1つの実例で、第1処理
ガスはオゾンを含み、また第2処理ガスはTEOSを含
む。
て、三方バルブ77(図4)は、段階218で流れを遠
隔プラズマ発生器60に向けるように切り換えられる。
洗浄プラズマ前駆物質が、第1入口管路90から三方バ
ルブ77を通して前駆物質を分離して洗浄プラズマ種を
発生する(段階220)発生器60に流される。プラズ
マ種は、遠隔プラズマ発生器60から混合デバイス70
を通してチャンバ15に流されて段階222でチャンバ
15(図4)を洗浄する。1つの実例で、洗浄プラズマ
前駆物質は、NF3及びアルゴンのようなフッ素を含む
ガスを含む。発生器60中のプラズマは、NF3を分離
し、処理チャンバ15中の堆積を洗浄するために遊離フ
ッ素を発生させる。
ンバ15の圧力より高い、好ましくはかなり高い場合に
は、洗浄時間を全体的に減らすことが可能であるという
ことがわかる。例えば、遠隔プラズマ発生器60中の圧
力が、チャンバ15中の圧力の望ましくは少なくとも約
10倍、またより望ましくは少なくとも約30倍であ
る。特定の実施形態において、チャンバ15中の圧力は
約0.25トルで、また遠隔プラズマ発生器60中の圧
力は、約8トルである。システム制御装置34は、チャ
ンバ15中の圧力だけでなく遠隔プラズマ発生器60中
の圧力も制御するのに用いることができる。
明であるが、様々な変形形態、変更及び代案を用いるこ
とが可能である。例えば、三方バルブを代わりの流路の
間のガス流れを導くための他の流れ制御デバイスと取り
換えることが可能である。混合デバイスは、他の構成及
び混合様式を備えることができる。当業者には種々の変
更が明白になるであろう。これら均等の構成及び代案
は、本発明の技術的範囲内に含まれる。従って、本発明
の技術的範囲は、記述された実施形態に限定されるので
はなくて、前述の特許請求の範囲及びそれらの均等の構
成の全技術的範囲により規定される。
の垂直断面図である。
の垂直断面図である。
視図である。
視図である。
ができる複数チャンバ方式のシステムモニタ及びCVD
装置の簡略図である。
バの蓋の上に搭載された遠隔プラズマ発生器の斜視図で
ある。
器を取り付けるための取付け組立体の部分の分解斜視図
である。
器を通しての処理ガスの流れを示す簡略ブロック図であ
る。
面図である。
面図である。
面図である。
遠隔プラズマ発生器の別の斜視図である。
ローチャートである。
Claims (21)
- 【請求項1】 処理チャンバを画定するハウジングと、 前記処理チャンバ内での基板処理の間に基板を支持する
ための基板支持体と、 入口及び出口を有する遠隔プラズマ発生器と、 前記処理チャンバ中にガスを導入するためのガス供給装
置とを含み、 前記ガス供給装置は、 バルブ入口、第1バルブ出口及び第2バルブ出口を有
し、前記バルブ入口から前記第1バルブ出口への第1バ
ルブ流路及び前記バルブ入口から前記第2バルブ出口へ
の第2バルブ流路の間で流れを切り換えるように調節可
能である三方バルブと、 前記遠隔プラズマ発生器の前記出口及び前記処理チャン
バの間に連結される第1入口流れ導管と、 前記三方バルブの前記第1バルブ出口及び前記遠隔プラ
ズマ発生器の前記入口の間に連結される遠隔プラズマ導
管と、 前記三方バルブの前記第2バルブ出口及び前記処理チャ
ンバの間に連結される第2入口流れ導管と、を含むこと
を特徴とする基板処理装置。 - 【請求項2】 前記三方バルブは、空気圧作動されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 - 【請求項3】 前記ガス供給装置は、前記処理チャンバ
と連結された第3入口流れ導管をさらに含むことを特徴
とする請求項1に記載の基板処理装置。 - 【請求項4】 前記ガス供給装置は、前記第3入口流れ
導管と連結された気化器をさらに含むことを特徴とする
請求項3に記載の基板処理装置。 - 【請求項5】 前記第1入口流れ導管、前記第2入口流
れ導管、及び前記第3入口流れ導管は、前記基板支持体
のほぼ上方に配置されたチャンバ入口で前記処理チャン
バと連結されることを特徴とする請求項3に記載の基板
処理装置。 - 【請求項6】 前記ガス供給装置は、混合デバイスをさ
らに含み、前記混合デバイスは、前記処理チャンバと連
結された出口、前記第1入口流れ導管と連結された第1入
口、前記第2入口流れ導管と連結された第2入口、及び
前記第3入口流れ導管と連結された第3入口を有するこ
とを特徴とする請求項3に記載の基板処理装置。 - 【請求項7】 前記混合デバイスは、前記第1入口及び
前記出口の間の第1流路、前記第2入口及び前記出口の
間の第2流路、並びに前記第3入口及び前記出口の間の
第3流路を有し、前記第2流路及び前記第3流路は少な
くとも部分的にオーバラップしていることを特徴とする
請求項6に記載の基板処理装置。 - 【請求項8】 前記第1流路は、前記第2及び第3流路
より長さが実質的に短いことを特徴とする請求項7に記
載の基板処理装置。 - 【請求項9】 前記第2及び第3流路は複数の屈曲部を
含むことを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。 - 【請求項10】 前記遠隔プラズマ発生器は、前記基板
支持体のほぼ上方に配置された前記処理チャンバの蓋の
上に搭載されることを特徴とする請求項1に記載の基板
処理装置。 - 【請求項11】 前記遠隔プラズマ発生器及び前記処理
チャンバの間に連結されたセラミック絶縁体をさらに含
み、前記セラミック絶縁体は、前記遠隔プラズマ発生器
の前記出口及び前記処理チャンバの間に連結された前記
第1入口流れ導管の1部分を形成する流路を含むことを特
徴とする請求項10に記載の基板処理装置。 - 【請求項12】 前記処理チャンバは、前記基板の上方
に配置された複数の出口開口を有するガス分配マニホル
ドを含み、前記ガス分配マニホルドは前記セラミック絶
縁体の前記流路と流体連結することを特徴とする請求項
11に記載の基板処理装置。 - 【請求項13】 処理チャンバを画定するハウジング
と、 前記処理チャンバ内での基板処理の間に基板を支持する
ための基板支持体と、 遠隔プラズマ発生器と、 第1ガス管路と、 第2ガス管路と、 第1ガス用の第1ガス供給源と、 第2ガス用の第2ガス供給源と、 第3ガス用の第3ガス供給源と、 第1工程の間に、前記第1ガス供給源を前記第1ガス管
路と連結して、前記第1ガスを前記第1ガス管路及び前
記遠隔プラズマ発生器を通して前記処理チャンバに流
し、第2工程において、前記第2ガス供給源を前記第1
ガス管路と連結して、前記第2ガスを前記遠隔プラズマ
発生器を迂回して前記第1ガス管路を通して前記処理チ
ャンバに流し、前記第3ガス源を前記第2ガス管路に連
結して、前記第3ガスを前記処理チャンバに流し、また
前記第2及び前記第3ガスを前記処理チャンバに流す前
に前記第2ガス及び前記第3ガスを一緒に混合するため
の手段と、を含むことを特徴とする基板処理装置。 - 【請求項14】 前記遠隔プラズマ発生器及び前記処理
チャンバの間に流体連結された流路を有するセラミック
絶縁体をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載
の基板処理装置。 - 【請求項15】 前記処理チャンバは、前記基板の上方
に配置された複数の出口開口を有するガス分配マニホル
ドを含み、前記ガス分配マニホルドは前記セラミック絶
縁体の前記流路と流体連結されることを特徴とする請求
項14に記載の基板処理装置。 - 【請求項16】 前記ハウジングは、前記基板支持体の
ほぼ上方に配置された蓋を含み、前記遠隔プラズマ発生
器が前記蓋の上に搭載されることを特徴とする請求項1
3に記載の基板処理装置。 - 【請求項17】 前記第2ガス管路と連結された気化器
をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の基板
処理装置。 - 【請求項18】 前記遠隔プラズマ発生器中の圧力及び
前記処理チャンバ中の圧力を制御するための手段をさら
に含むことを特徴とする請求項13に記載の基板処理装
置。 - 【請求項19】 前記制御手段は、前記処理チャンバ中
の圧力よりも高い前記遠隔プラズマ発生器中の圧力を実
現するための指令を含むことを特徴とする請求項18に
記載の基板処理装置。 - 【請求項20】 前記制御手段は、前記処理チャンバ中
の圧力の少なくともおよそ10倍である前記遠隔プラズ
マ発生器中の圧力を実現するための指令を含むことを特
徴とする請求項19に記載の基板処理装置。 - 【請求項21】 前記制御手段は、前記処理チャンバ中
の圧力の少なくともおよそ30倍である前記遠隔プラズ
マ発生器中の圧力を実現するための指令を含むことを特
徴とする請求項20に記載の基板処理装置。
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