JP2002339070A - Cvd反応室を洗浄する高周波プラズマ装置 - Google Patents
Cvd反応室を洗浄する高周波プラズマ装置Info
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 ガス拡散板(14)に構成された高周波
電極と、上記高周波電極(14)に植立された管(1
6、22)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(16、22)に接続す
る手段(88、89、90、92、94)を設ける。
Description
る高周波プラズマ装置に関する。
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。
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。
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147435
70号、第5232508号、第5000113号に記
載されたものがある。
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。
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。
室の高周波プラズマ洗浄装置は、ガス拡散板の中に設け
られた高周波電極、この電極に植立された中空の管状を
なすチューブの形態をした高周波電源供給用の入力リー
ド線、更にこの入力リード線を高周波電源に接続するた
めの手段からなる。ここで、ガス拡散板には、この拡散
板の温度制御用にガス拡散板に植立されたヒートパイプ
が設けられている。
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。
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。
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。
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C
VD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。
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C
VD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。
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。
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。
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。
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、N
o.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07/898,5
60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。
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、CV
D反応ガスを反応室に供給する。
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5
8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7
2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。
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2
0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。
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8
4a,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。
0℃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。
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4
6を構成する材料として、インディアナ州のココモ(Ko
komo)のヘインズ インターナショナル社(Hanes Inte
rnational)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(Pinnacl
e)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。
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。
(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9
4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。
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、CV
D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。
れた高周波電極と、上記高周波電極(14)に植立され
た管(16、22)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(16、22)
に接続する手段(88、89、90、92、94)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。
して示す断面図である。
8)
室の高周波プラズマ洗浄装置は、ガス拡散板に構成され
た高周波電極と、高周波電源から上記高周波電極に高周
波電流を供給する手段とを備える。具体的に、本発明に
係るCVD反応室の高周波プラズマ洗浄装置は、ガス拡
散板の中に設けられた高周波電極、この電極に植立され
た中空の管状をなすチューブの形態をした高周波電源供
給用の入力リード線、更にこの入力リード線を高周波電
源に接続するための手段からなってもよい。ここで、ガ
ス拡散板には、この拡散板の温度制御用にガス拡散板に
植立されたヒートパイプが設けられてもよい。
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。
Claims (7)
- 【請求項1】 ガス拡散板(14)に構成された高周波
電極と、上記高周波電極(14)に植立された管(1
6、22)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(16、22)に接続す
る手段(88、89、90、92、94)を備えるCV
D反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。 - 【請求項2】 CVD工程中に上記ガス拡散板(14)
の温度を制御するための上記ガス拡散板(14)に取り
付けられたヒートパイプ(20)を備え、上記ヒートパ
イプ(20)は上記高周波電源の入力リード線(16、
22)として用いられることを特徴とする請求項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】 上記高周波電源の入力リード線管(1
6、22)を上記高周波電極(14)に一体的に取り付
けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のCV
D反応室を洗浄する高周波プラズマ装置。 - 【請求項4】 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
リード線管(16、22)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(3
4、36)を備えることを特徴とする請求項1乃至請求
項3の内何れか1項記載のCVD反応室を洗浄する高周
波プラズマ装置。 - 【請求項5】 CVD反応室中のハウジング(10)に
高周波電極を取り付ける手段(44、46、48、5
0)を備えることを特徴とする請求項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、CVD
反応室の上記ハウジング(10)から上記高周波電極
(14)を絶縁するための石英リング(48)により形
成されていることを特徴とする請求項5記載のCVD反
応室を洗浄する高周波プラズマ装置。 - 【請求項7】 上記取付手段は、取り付け時に、上記C
VD反応室のハウジング(10)から上記高周波電極
(14)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(50、52)を更に備えることを特徴とす
る請求項6記載のCVD反応室を洗浄する高周波プラズ
マ装置。
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