JP2002540625A

JP2002540625A - プロセスガスを用いて浄化される光学窓を備えた処理チャンバ

Info

Publication number: JP2002540625A
Application number: JP2000608419A
Authority: JP
Inventors: ニ・トゥクィアン; コリソン・ウェンリ
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2002-11-26
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP4743969B2; KR100844298B1; WO2000059009A2; DE60037805D1; KR20060118632A; EP1186004B1; WO2000059009A3; US6052176A; KR100707753B1; DE60037805T2; TW466546B; KR20010110709A; EP1186004A2

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】複数の壁に囲まれた半導体処理チャンバを含む装置が提供されている。さらに、処理チャンバ内でのウエハの処理に必要なプロセスガスの供給源が含まれている。処理チャンバの壁の１つには、窓が取り付けられている。吸入口が、窓に隣接して配置されており、処理チャンバと連絡したままになっている。吸入口は、さらに、窓への副生成物の付着を防ぎ、さらに処理チャンバ内のウエハを処理するために、チャンバにプロセスガスを流し込むプロセスガスの供給源に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は一般に、半導体処理チャンバの窓に関し、特に、処理チャンバ内のプ
ロセスガス組成を変化させずに、副生成物が窓に付着するのを効果的に防ぐ隣接
したプロセスガス吸入口を備えた半導体処理チャンバの窓に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体の製造では、半導体処理チャンバ内のデータを収集し、状態を分析する
ことにより、様々な処理がモニタリングされる。この作業は伝統的には、例えば
、処理チャンバの側壁に取り付けられた窓を用いて行われる。従来技術を示す図
１は、従来の処理チャンバ１２の側壁に取り付けられた窓１０の一例を示してい
る。示されているように、窓１０は、処理チャンバ１２の側壁の凹所にある。

【０００３】処理チャンバ１２内で様々な処理が行われる際に、重合体前駆物質および残留
物の形で、副生成物が窓１０に堆積する傾向がある。これが、処理チャンバ１２
内のデータ収集と状態の分析を妨げる。この障害に対処するために、一般的には
、不活性ガスの供給源１４を用いて、窓１０の前に不活性ガスを送り、副生成物
を除去する。従来技術の処理チャンバ１２では、窓１０を浄化するために、ヘリ
ウム（Ｈｅ）が一般に用いられている。

【０００４】ヘリウムは、効果的に窓１０から重合体前駆物質を除去できるのだが、そのよ
うな不活性ガスを用いることには難点がある。例えば、ヘリウムは、処理チャン
バ１２内のガス組成の希釈または変化、もしくはその両方を起こすことにより、
少なくとも部分的に処理チャンバ１２内での処理に影響する傾向がある。したが
って、ヘリウムの流量が最小限に抑えられ、処理チャンバ１２に大量のヘリウム
が送り込まれないようになっている。結局、ヘリウムの流量を抑えると、窓１０
から副生成物を除去するにあたって不十分な効果しか得られない。この欠陥を補
うために、凹所領域の内側の端部が従来型のＯ−リング１３を有することにより
、窓１０の副生成物への暴露を少なくする。しかしながら、そのようなＯ−リン
グ１３により、処理チャンバ内でのウエハの分析に一般に用いられる装置が使用
できなくなる。

【０００５】そのため、処理チャンバ内のプロセスガスの組成を変化させず、プロセスチャ
ンバ内のウエハを分析するための装置の使用を許容した上で、副生成物の窓への
付着を効果的に防ぐ光学窓を備えた半導体処理チャンバが求められている。

【０００６】上述したように、処理チャンバ内での処理は、データの収集と状態の分析をす
ることによりモニタリングされる。そのようなデータ収集と分析に必要な設備は
、例えば、ランプ、分光計、光ファイバ、レンズである。用いるにあたって、光
ファイバの第１の端部は、間にレンズを挟んで、窓と一直線に配置されている。
光ファイバの第２の端部は、ランプと分光計の両方に接続するように分岐してい
る。

【０００７】動作中は、ランプと分光計が共に働き、蒸着、エッチング、洗浄などの処理を
、周知の光学的な端点検出方法によってモニタリングする。１つのそのような方
法においては、光がウエハで反射され、その後に分光計で観察される。分光計は
、分光計からの光を電気信号に変換する光電検出器に接続されていてもよい。電
気信号は、順次増幅されてコンピュータでモニタリングされ、処理の端点が決定
されたり、他の情報が収集されたりする。

【０００８】１つの窓を通して光を入射し、反射光を観察する必要があるため、困難が生じ
る。特に、入射光の一部は、窓で反射し、分光計が処理チャンバ内のウエハから
の反射光を受ける能力の妨げになる傾向がある。この反射光すなわちノイズによ
り、分光計やそれに関連する光電検出器は、処理チャンバ内のウエハからの反射
光を忠実に表す電気信号を提供できなくなる。

【０００９】それゆえ、分析のために、処理チャンバに光を入射し、ノイズのない反射光を
受け取るために、単一の窓を効果的に用いる半導体処理チャンバが求められてい
る。

【００１０】

【発明の概要】

本発明は、複数の壁に囲まれた半導体処理チャンバを含む。さらに、処理チャ
ンバ内でのウエハの処理に必要なプロセスガスの供給源が含まれている。処理チ
ャンバの壁の１つには、窓が取り付けられている。吸入口が、窓に隣接して配置
されており、処理チャンバと通じたままになっている。吸入口は、さらに、窓へ
の副生成物の付着を防ぐとともに処理チャンバ内のウエハを処理するためのプロ
セスガスを処理チャンバに流し込むプロセスガスの供給源に接続されている。

【００１１】本発明のさらに別の実施形態は、光源と、分析装置と、光透過媒体とを含む。
そのような光透過媒体は、光源と分析装置との間に接続されており、さらに、処
理チャンバに光を入射させ、処理チャンバの内部空間を分析するための窓と一直
線に配置されている。この実施形態では、窓は、光透過媒体から受けた光を、処
理チャンバ内部からの反射光と干渉しない角度で反射するよう構成されている。
それゆえ、その窓により、分析装置が干渉やノイズなしに処理チャンバ内部から
の反射光を受けることが可能になる。

【００１２】本発明によるこれらの利点およびその他の利点は、以下の詳細な説明および種
々の図面から明らかになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

ここで、本発明の好ましい実施形態を参照する。それらの例は、添付の図面に
図解されている。

【００１４】図１は、従来技術を示している。図２〜４によると、本発明は、半導体処理チ
ャンバ１００と、プロセスガスの供給源１０２と、窓１０４と、吸入口１０６と
を備えている。処理チャンバ１００とは、上壁１０８、下壁１１０、および複数
の側壁１１２によって囲まれた内部空間を示す。そのような処理チャンバ１００
は、集積回路の製造のために、内容物すなわちウエハ１１０を処理する際に用い
られる。そのような処理の１つの段階として、ウエハ１１０のエッチング工程が
ある。この工程には、従来のよく知られた技術のいずれを用いてもよい。

【００１５】エッチング処理を実行するには、処理チャンバ１００にプロセスガスを送り込
むために、プロセスガスの供給源１０２が必要となることが多い。様々な実施形
態において、そのようなプロセスガスすなわちプラズマは、Ｃｌ₂＋ＨＢｒ、Ｃ
ｌ₂、ＣＦ₄、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃、ＳＦ₆、Ｎ₂、Ｏ₂を含んでもよいが、それらに限
定されない。しかしながら、プロセスガスは、エッチング処理もしくは集積回路
製造に関係するその他の処理の際に用いられる任意のガスの形態を取ってもよい
。

【００１６】半導体の製造工程中のデータ収集を可能にするために、処理チャンバ１００の
壁の１つに窓１０４を取り付けることができる。一実施形態では、処理チャンバ
１００内のウエハ１１０の分析を可能にするために、処理チャンバ１００の上壁
１０８に窓１０４が配置されている。別の実施形態では、処理チャンバ１００の
側壁１１２に窓１０４が配置されている。そのような場所に窓１０４を配置する
ことにより、プロセスガスと、ウエハ１１０のエッチングによって生成される任
意の副生成物に関するデータを収集できる。さらに別の実施形態では、上壁中央
の両側に配置するために、複数の窓を処理チャンバの上壁に取り付けてもよい。
以下で明らかになる理由から、この構成は、いくつかのデータ収集および分析技
術の際に特に有効である。上述の実施形態において、収集されたデータと分析は
、半導体製造製造プロセスに関する重要な情報を提供するのに役立つ。

【００１７】吸入口１０６は、窓１０４に隣接して配置されており、処理チャンバ１００と
通じたままになっている。さらに、吸入口１０６は、処理チャンバ１００にプロ
セスガスを送り込むためのプロセスガスの供給源１０２に接続されている。この
プロセスガスは、窓１０４への重合体前駆物質の付着を防ぐ働きをする。付着が
起こると、処理チャンバ１００内の内容物の分析を妨げる場合がある。さらに、
従来技術の不活性ガスとは対照的にプロセスガスを用いることにより、処理チャ
ンバ１００内のプロセスガスの組成が変化しないので、より効果的にウエハ１１
０を処理できる。吸入口１０６は、処理チャンバのためのプロセスガスの主要な
供給源１０２として働いてもよいし、あるいは、従来のプロセスガスポートから
のプロセスガスの流量を補充するのみでもよいことに注意すべきである。

【００１８】一実施形態では、窓１０４は、窓１０４が取り付けられている処理チャンバ１
００の壁の凹所にある。これは、窓１０４と処理チャンバ１００の間に配置され
た実質的に正確な円筒形のプリチャンバ１１４によって実現される。図３に示さ
れているように、吸入口１０６は、プリチャンバ１１４の側壁１１３に取り付け
られており、窓１０４に隣接して配置されている。

【００１９】具体的に、吸入口１０６の方向は、プロセスガスが、プリチャンバ１１４の軸
に垂直で、実質的に窓の下面に平行な方向に送り込まれるようになっている。こ
の構造により、プロセスガスは、窓１０４の下面からあらゆる副生成物を除去し
、プリチャンバ１１４を通して処理チャンバ１００に副生成物を送る。処理チャ
ンバ１００では、プロセスガスがウエハ１１０の処理に寄与する。さらに、プロ
セスガスの流入は、副生成物やその同等物がプリチャンバ１１４に入るのを防ぐ
ために、実際には断続的でよい。

【００２０】上述したように、半導体の処理中に様々なデータを収集し、試験を行うことで
、集積回路の製造を容易にすることができる。そのようなデータ分析および収集
を支援するために、光源１２０、分析装置１２２、光透過媒体１２４、レンズ１
２６を含む試験設備が備えられている。図２に示されているように、光透過媒体
１２４は、間にレンズ１２６を挟んで窓１０４と一直線に配置された第１の端部
を有する光ファイバを含む。光ファイバの第２の端部は、光源１２０と分析装置
１２２の両方に接続するように分岐している。一実施形態では、光源１２０はラ
ンプであり、分析装置１２２はＣＣＤ分光計である。

【００２１】別の図示されていない実施形態では、分岐した光ファイバを１対の別個の光フ
ァイバで置き換えてもよい。光ファイバの一方は、第１の窓を介してランプから
処理チャンバへ光を送る働きをする。さらに、光ファイバのもう一方は、第２の
窓を介して処理チャンバ内のウエハからの反射光を集めるために用いられる。

【００２２】動作中、ランプは、処理チャンバ１００内のウエハ１１０で反射させるために
光ファイバを通じて光を送る。ランプと分析装置１２２が１本の光ファイバを用
いる実施形態では、窓１０４を通過しない反射光が図３に示したような角度で反
射されるように、窓１０４に傾斜すなわち角度をつけてもよい。これにより、そ
のような反射光が１８０°反射され、光ファイバを逆戻りし、ウエハからの反射
光を不明瞭にするのを防ぐことができる。所望の角度の反射を実現するために、
レンズ１２６の上面と下面は、平面で、互いに平行であり、水平から３〜４°傾
いていてもよい。この構造により、端点検出、チャンバの状態のフィンガープリ
ント法、もしくはその他の目的のための様々なデータをさらに効率的に収集する
ことができる。

【００２３】本発明のいくつかの実施形態についてのみ、ここで詳細に説明したが、本発明
の趣旨や範囲を逸脱せずに、様々な他の的確な形態で本発明を実施できることを
理解すべきである。したがって、上述した例と実施形態は、例示を目的としたも
のであって限定的ではなく、本発明は、本明細書で取り上げた項目に限定されず
、添付した特許請求の範囲の範囲内で変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による半導体処理チャンバの断面図である。

【図２】副生成物を除去するために、窓に隣接する処理チャンバにプロセスガスが送り
込まれる本発明による一実施形態の半導体処理チャンバの断面図である。

【図３】本発明の窓とそれに関連する要素の詳細を示す図２の円で囲んだ部分の拡大断
面図である。

【図４】窓が処理チャンバの側壁に配置された本発明による別の実施形態の半導体処理
チャンバの断面図である。

【符号の説明】

１０窓１２処理チャンバ１３Ｏ−リング１００処理チャンバ１０２プロセスガスの供給源１０４窓１０６吸入口１０８上壁１１０下壁１１０ウエハ１１２側壁１１３側壁１１４プリチャンバ１２０光源１２２分析装置１２４光透過媒体１２６レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者コリソン・ウェンリアメリカ合衆国カリフォルニア州94539 フリモント，リバーモア・コモン， 43257 Ｆターム(参考） 5F004 AA15 BA00 BB18 CB02 CB09 CB12 DA00 DA01 DA04 DA11 DA18 DA25 DA26 5F045 BB14 EB02 EB06 GB05 GB08 GB09 GB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の壁に囲まれた半導体処理チャンバと、前記処理チャンバ内の内容物の処理に必要なプロセスガスの供給源と、前記処理チャンバの前記壁の１つに取り付けられた窓と、前記処理チャンバに通じて配置され、さらに、前記プロセスガスを前記処理チ
ャンバに送り込むことにより、前記窓への副生成物の付着を防ぐとともに前記チ
ャンバ内の内容物を処理するために、前記プロセスガスの供給源に接続された吸
入口と、を備える、装置。
【請求項２】請求項１記載の装置であって、前記窓は、前記処理チャンバの側壁に取り付けられ、前記処理チャンバ内の前
記プロセスガスの分析を可能にする、装置。
【請求項３】請求項１記載の装置であって、前記窓は、前記処理チャンバの上壁に取り付けられ、前記処理チャンバ内のウ
エハの分析を可能にする、装置。
【請求項４】請求項１記載の装置であって、前記吸入口は、前記窓が配置されている平面に実質的に平行な軸に沿って前記
プロセスガスを送り込む、装置。
【請求項５】請求項１記載の装置であって、前記窓は、前記窓が取り付けられている前記壁の凹所にある、装置。
【請求項６】請求項５記載の装置であって、前記窓と前記処理チャンバは、プリチャンバによって隔てられている、装置。
【請求項７】請求項６記載の装置であって、前記吸入口は、前記プリチャンバの側壁に取り付けられている、装置。
【請求項８】請求項７記載の装置であって、前記吸入口は、前記窓が配置されている平面に実質的に平行な軸に沿って前記
プロセスガスを送り込む、装置。
【請求項９】請求項１記載の装置であって、さらに、光源と、分析装置と、前記処理チャンバの前記内容物を分析するために、前記光源と前記分析装置と
前記窓との間に配置された光透過媒体と、を備え、前記窓は、前記光源から受けた光が前記窓で反射して前記光透過媒体に戻るこ
とを防ぐことにより、前記処理チャンバの前記内容物からの反射光との干渉を防
ぐよう構成されている、装置。
【請求項１０】請求項９の装置であって、前記光は、斜めに反射される、装置。
【請求項１１】請求項９記載の装置であって、前記窓は、水平に対して傾いた上面を持つ、装置。
【請求項１２】請求項９記載の装置であって、さらに、前記処理チャンバ内のウエハへの光をコリメートするために、前記光透過媒体
と前記窓との間に配置されたレンズを備える、装置。
【請求項１３】請求項１記載の方法であって、前記プロセスガスは、Ｃｌ₂＋ＨＢｒ、Ｃｌ₂、ＣＦ₄、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃、ＳＦ ₆ 、Ｎ₂、Ｏ₂を含むプロセスガスのグループから選択される、方法。
【請求項１４】複数の壁によって囲まれ、処理チャンバの前記壁の１つに
窓が取り付けられている半導体処理チャンバを準備する工程と、前記処理チャンバ内の内容物の処理に必要なプロセスガスの供給源を準備する
工程と、前記処理チャンバに通じる吸入口を配置する工程と、前記プロセスガスの供給源に前記吸入口を接続する工程と、前記処理チャンバに前記プロセスガスを流し込むことにより、前記窓への副生
成物の付着を防ぐとともに前記処理チャンバ内の前記内容物を処理する工程と、
を含む、方法。
【請求項１５】請求項１４記載の方法であって、前記窓は、前記処理チャンバの側壁に取り付けられ、前記処理チャンバ内の気
相組成の分析を可能にする、方法。
【請求項１６】請求項１４記載の方法であって、前記処理チャンバ内のウエハの分析を可能にするために、前記窓は、前記処理
チャンバの上壁に取り付けられる、方法。
【請求項１７】請求項１４記載の方法であって、前記吸入口は、前記窓が配置されている平面に実質的に平行な軸に沿って前記
プロセスガスを送り込む、方法。
【請求項１８】請求項１４記載の方法であって、前記窓は、前記窓が取り付けられている前記壁の凹所にある、方法。
【請求項１９】請求項１８記載の方法であって、前記窓と前記処理チャンバは、プリチャンバによって隔てられている、方法。
【請求項２０】請求項１９記載の方法であって、前記吸入口は、前記プリチャンバの側壁に取り付けられている、方法。
【請求項２１】請求項２０記載の方法であって、前記吸入口は、前記窓が配置されている平面に実質的に平行な軸に沿って前記
プロセスガスを送り込む、方法。
【請求項２２】請求項１４記載の方法であって、さらに、光源と分析装置を提供する工程と、前記処理チャンバの前記内容物を分析するために、前記光源と前記分析装置と
前記窓との間に光透過媒体を配置する工程とを含み、前記窓は、前記光源から受けた光が前記窓で反射して前記光透過媒体に戻るこ
とを防ぐことにより、前記処理チャンバの前記内容物からの反射光との干渉を防
ぐよう構成されている、方法。
【請求項２３】請求項２２記載の方法であって、さらに、前記ウエハにコリメートするために、前記光透過媒体と前記窓との間にレンズ
を配置する工程を含む、方法。
【請求項２４】請求項２２の方法であって、前記窓は、前記光源から受けた前記光を斜めに反射する、方法。
【請求項２５】請求項２２記載の方法であって、前記窓は、水平に対して傾いた上面を持つ、方法。
【請求項２６】請求項１４記載の方法であって、前記プロセスガスは、Ｃｌ₂＋ＨＢｒ、Ｃｌ₂、ＣＦ₄、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃、ＳＦ ₆ 、Ｎ₂、Ｏ₂を含むプロセスガスのグループから選択される、方法。
【請求項２７】複数の壁に囲まれた内部空間を含む半導体処理チャンバと
、前記処理チャンバの前記壁の１つに取り付けられた窓と、光源と、分析装置と、前記処理チャンバに光を入射して、前記処理チャンバの前記内部空間を分析す
るために、前記光源と前記分析装置と前記窓との間に配置された光透過媒体と、
を備え、前記窓は、前記光源から受けた光が前記窓で反射して前記光透過媒体に戻るこ
とを防ぐことにより、前記処理チャンバの前記内部空間からの反射光との干渉を
防ぐよう構成されている、装置。
【請求項２８】請求項２７記載の装置であって、前記処理チャンバ内のウエハにコリメートするために、前記光透過媒体と前記
窓との間にレンズが配置されている、装置。
【請求項２９】請求項２７の装置であって、前記窓は、前記光源から受けた前記光を斜めに反射する、装置。
【請求項３０】請求項２９記載の装置であって、前記窓は、水平に対して傾いた上面を持つ、装置。
【請求項３１】請求項２９記載の装置であって、前記窓は、互いに平行で水平に対して傾いている上面と下面を持つ、装置。
【請求項３２】請求項２７記載の装置であって、前記窓は、前記処理チャンバの上壁に取り付けられ、前記処理チャンバ内のウ
エハの分析を可能にする、装置。
【請求項３３】複数の壁によって囲まれた内部空間を含み、処理チャンバ
の前記壁の１つに窓が取り付けられている半導体処理チャンバを準備する工程と
、光源と分析装置を準備する工程と、前記処理チャンバに光を入射して、前記処理チャンバの前記内部空間を分析す
るために、前記光源と前記分析装置と前記窓との間に光透過媒体を配置する工程
と、前記処理チャンバの前記内部空間からの反射光と干渉しないように、前記光透
過媒体から受けた前記光を反射するよう前記窓を構成する工程と、を含む、方法。
【請求項３４】請求項３３記載の方法であって、さらに、前記処理チャンバ内のウエハにコリメートするために、前記光透過媒体と前記
窓との間にレンズを配置する工程を含む、方法。
【請求項３５】請求項３３の方法であって、前記窓は、前記光源から受けた前記光を斜めに反射する、方法。
【請求項３６】請求項３５記載の方法であって、前記窓は、水平に対して傾いた上面を持つ、方法。
【請求項３７】請求項３５記載の方法であって、前記窓は、互いに平行で水平に対して傾いている上面と下面を持つ、方法。
【請求項３８】請求項３３記載の方法であって、前記窓は、前記処理チャンバの上壁に取り付けられ、前記処理チャンバ内のウ
エハの分析を可能にする、方法。