JP2004140373A

JP2004140373A - 半導体処理チャンバへのフッ素の大気条件よりも低い条件での供給

Info

Publication number: JP2004140373A
Application number: JP2003357260A
Authority: JP
Inventors: Richard A Hogle; リチャード・エイ・ホグル; Graham A Mcfarlane; グラハム・エイ・マクファーレン; Graham Hodgson; グラハム・ホジソン; Peter Harold Buckley; ピーター・ハロルド・バックレー
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2004-05-13
Also published as: TW200419665A; US20040074516A1; KR20040034490A; SG112892A1; EP1441043A3; EP1441043A2

Abstract

　【解決課題】　半導体処理チャンバの表面からの残渣の除去方法及び装置を提供する。
　【解決手段】　装置１０は、大気圧以下の圧力で洗浄ガスを貯蔵するための少なくとも１個の容器１４と、該少なくとも１個の容器１４から、洗浄ガスを掃引するための少なくとも１個の真空ポンプ２０とを含む。真空ポンプを用いることにより、容器は、大気圧を越えて加圧することなく、合理的な量のガスを貯蔵することができる。真空ポンプは、約１ｔｏｒｒ以下迄容器から内容物を掃引するので、容器の全量がプロセスに供給され得る。ガスは１絶対気圧を越える圧力にて貯蔵されることがなく、一定供給圧力にて供給され得るので、安全なガス貯蔵容器を提供する。容器内での如何なる漏洩も、容器の内容物を容器内に残し、周囲雰囲気中の空気をタンクに漏洩させることになる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、概して、半導体処理チャンバへのガス供給方法及び装置に関する。特に、本発明は、ガスが大気条件よりも低い状態で貯蔵されていることを特徴とする半導体処理チャンバへのガス供給方法及び装置に関する。

　半導体装置の製造における最初の工程は、蒸気前駆体の化学反応による半導体基板上での薄膜の形成である。典型的なデポジットプロセスとしては、化学蒸着（ＣＶＤ）を挙げることができる。慣用の熱ＣＶＤプロセスは、基板表面に反応性ガスを供給し、熱誘導型化学反応が生じて、処理されている基板上に薄膜層を形成する。

　しかし、デポジットは、基板上だけではなく、チャンバ全体で生じる。最も重いデポジットは、典型的に基板の領域内にあるチャンバの最も熱い領域で生じるが、程良く冷たい領域又は蒸気前駆体に直接暴露されていない領域で生じるデポジットもある。

　これらのデポジットは、ガスノズルにおける微小孔を詰まらせたり、均一なガスフローを混乱させてプロセスの均一性に影響を与えたり、チャンバ窓を曇らせてチャンバ内を見づらくさせたり、などの多くの問題を生じさせ得る。さらに、これらのデポジットは、基板上に落下し得る粒子を形成させ、デポジット層に欠陥を生じさせるか又はデポジット装置の機械的操作に影響を与えるかもしれない。

　このような問題を避けるために、チャンバの内部表面を定期的に洗浄して、望ましくないデポジット物質をチャンバ壁及び処理チャンバの同様な領域から除去する。このような洗浄手順は、通常、ウェハごと又はｎ個のウェハごとに、デポジット工程の間に行われる。手順の一つとしては、チャンバを分解して、各部品を溶液又は溶剤で洗浄し、次いで乾燥させて、装置を再度組み立てる手順を挙げることができる。この手順は、労働集約的で且つ時間消費型であり、ウェハ製造ライン効率を低下させ、コストを増加させる。

　別の洗浄手順において、洗浄操作において腐食ガスとして用いられているガスの例として、分子状フッ素（Ｆ₂）及び三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）がある。分子状フッ素は、高度に腐食性であり、特別の取り扱い方法を必要とする危険なガスである。ほとんどの装置は、効率的な運転のために、比較的一定な供給圧力を必要とする。したがって、フッ素はこの要求を満たすために、正圧下で貯蔵されている。このタイプの加圧装置における主要な欠点は、フッ素を保持する容器内にリークが生じることであり、フッ素ガスが容器から周囲環境中に漏出することである。

　本発明は、半導体処理チャンバの表面からの残渣を除去する方法を提供する。本方法は、
（ａ）貯蔵容器内に、大気圧以下の圧力で、洗浄ガスを貯蔵する工程と；
（ｂ）真空下で、貯蔵容器から該洗浄ガスを除去する工程と；
（ｃ）該洗浄ガスを、洗浄すべき処理チャンバに通過させる工程と；
を含む。

　洗浄ガスは、洗浄ガスを活性化させる遠隔リモートプラズマ源を伴うか又は伴わない処理チャンバを通過してもよい。本発明の方法の一実施形態において、濾過床が設けられる。洗浄ガスは、濾過床を通過して、望ましくない不純物を除去し、洗浄ガスを精製する。精製された洗浄ガスは、次いで、洗浄されるべき処理チャンバに流される。

　本発明はさらに、半導体処理チャンバの表面からの残渣を除去する再循環方法を提供する。再循環方法は、
（ａ）貯蔵容器内に、大気圧以下の圧力にて、洗浄ガスを貯蔵する工程と；
（ｂ）真空下で、貯蔵容器から、該洗浄ガスを除去する工程と；
（ｃ）該洗浄ガスを、少なくとも１種の濾過床に通過させて、該洗浄ガスを精製する工程と；
（ｄ）該洗浄ガスを洗浄されるべき処理チャンバに流し、該処理チャンバを洗浄する工程と；
（ｅ）洗浄プロセスにて再使用するために、該洗浄ガスを工程（ｃ）に再循環させる工程と；
を含む。

　洗浄ガスは、洗浄ガスを活性化するための遠隔プラズマ源を伴うか又は伴わない処理チャンバを通過してもよい。貯蔵容器からの洗浄ガス流は、プロセスの初期にて高濃度に調節され、再循環された洗浄ガスは、洗浄プロセスの後のステージでフローをより大量にメークアップする。結果として、洗浄プロセスの後のステージで、貯蔵容器からの洗浄ガスの要求は少量である。

　本発明はさらに、半導体処理チャンバの表面からの残渣を除去する装置を提供する。本装置は、
　洗浄ガスを貯蔵するための少なくとも１個の容器と；
　該少なくとも１個の容器から、洗浄ガスを掃引するための少なくとも１個の真空ポンプと；
を含む。

　洗浄ガスは、約１ｔｏｒｒ〜約７５０ｔｏｒｒの範囲の圧力にて、少なくとも１個の容器内に貯蔵される。
　本発明は、さらに、半導体処理チャンバの表面からの残渣を除去するための再循環システムを提供する。本再循環システムは、
　洗浄ガスを貯蔵するための少なくとも１個の容器と；
　少なくとも１個の容器から、洗浄ガスを掃引するための少なくとも１個の真空ポンプと；
　洗浄ガスを濾過するための少なくとも１個の濾過／吸着床と；
を含む。

　洗浄ガスは、約１ｔｏｒｒ〜約７５０ｔｏｒｒの範囲の圧力にて、少なくとも１個の容器内に貯蔵される。
［好ましい実施形態］
　本発明は、真空〜約７５０ｔｏｒｒの範囲での任意の圧力での処理設備、特に半導体処理チャンバ洗浄設備の汎用操作性を可能とする。本発明のシステムは、大気圧以下での圧力でガスを貯蔵可能な貯蔵容器と真空ポンプとを具備することにより、これを達成する。真空ポンプを用いることで、本システムは、大気圧を超えて加圧することなく、容器に合理的な量のガスを貯蔵することができるようになる。したがって、真空ポンプが容器からの内容物を約１ｔｏｒｒまで掃引するので、容器の容量の大半をプロセスに供給することができる。

　さらに、供給ガスが１絶対気圧を超える圧力で貯蔵されることはないので、安全ガス貯蔵容器を提供しながら、ガスは一定の供給圧力にて提供され得る。結果として、容器内のいかなる漏出も、容器の内容物を容器内に保存し、周囲の環境中の空気が実際にタンク内に漏出することになる。したがって、ガスが周囲の環境中に漏出するおそれなしに、高度に反応性で危険なガスを貯蔵することができる。

　本発明の別の利点は、洗浄ガスを活性化するための遠隔プラズマ源を伴うか又は伴わないいずれの処理チャンバにも、洗浄ガスを通過させることができることである。
　図１を参照すると、本発明による処理チャンバ洗浄システムは、概して、参照符号１０で表されている。システム１０は、洗浄ガスを保持するように設計された保持タンク又は容器１４を有する。本発明において用いられる適切な洗浄ガスとしては、例えば、フッ素、塩素、ＣｌＦ_x、及びＢｒＦ_x（式中、ｘ＝１，３，５、Ｏ₂、Ｏ₃、ＮＦ₃又はこれらの任意の組み合わせ）を挙げることができる。好ましくは、洗浄ガスは、フッ素である。

　洗浄ガスは、個々の洗浄プロセスの需要を満足するに十分な容量で与えられる。例として、この容量は、約４〜約８リットルであるが、容量は、行われるべき洗浄プロセスに非常に依存する。本発明の洗浄プロセスは、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｗ、ＷＳｉ、スズ、ＴａＮ、低Ｋ誘電率コーティング、高Ｋ誘電率コーティング、Ｓｉ−系フォトレジスト、カーボン系フォトレジストのＣＶＤ又はフッ素と反応して揮発性反応生成物を生成する他のデポジットなど、多くの半導体プロセスに関連するデポジット運転とデポジット運転の間に、処理チャンバを洗浄するために用いることができる。

　洗浄ガスが必要とされる場合、ポンプ２０は、マスコントローラ３２により示される速度にて、容器１４内に保存されているガスを掃引する。ポンプ２０は、洗浄ガスを流すための任意の適切な真空ポンプでよい。フッ素の攻撃に耐える正確な表面パッシベーションを有するHowleck Regenerative Technology（再生技術）を用いるポンプが適切であろう。例として、BOC Edwards IPX及びEPX モデルポンプが適切である。

　ポンプ２０のモーターハウジング（図示せず）に正圧が存在するようにするために、不活性ガスをポンプ２０内のベアリングに流して、モーターハウジングへの洗浄ガスの逆流を防止する。これは、本運転において、重要な安全及び信頼性の問題である。安全性及び信頼性を確立するために、不活性ガスを少なくとも１標準リットル／分の流速でポンプハウジングに流す。適切な不活性ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、Ｎ₂、Ｏ₂、乾燥空気及びこれらの任意の組み合わせを挙げることができる。エッチングプロセスがＯ₂又はＮ₂により影響されない場合には、Ｎ₂及びＯ₂が用いられてもよい。好ましくは、本発明においては、アルゴンを用いる。

　ポンプを過剰に加圧することを防止するために、バイバスバルブ２８、及びバイパスライン３０が置かれ、洗浄ガスを容器１４に流し戻し、ポンプ２０での過剰の背圧を回避する。洗浄ガスのいくらかの希釈が生じるであろう。ＮＦ₃等の洗浄ガスは、ほとんどのプロセスにおいて、不活性ガスによって希釈されるから、この希釈は洗浄プロセスに損傷を与えない。

　容器１４に入る洗浄ガス源は、多様な源からのものでよく、例えば、加圧シリンダガス又は発生器でもよい。容器１４への供給は、約５５０ｔｏｒｒ〜約７５０ｔｏｒｒの間に、好ましくは約５５０ｔｏｒｒ〜約７００ｔｏｒｒの間に、圧力を維持するように設計される。ポンプ２０は、必要に応じて、容器１４から洗浄ガスを掃引する。プロセス開始の直前に、ポンプ２０を賦活化するか又はポンプ２０を定運転モードに維持する。マスコントローラ３２の命令が必要な場合には、洗浄ガスがもはや必要でなくなるまで、バルブ２８を閉じて、洗浄ガスのフローをマスコントローラ３２を通して遠くのプラズマチャンバ３６へ経路づける。これらの条件下で、容器１４内のガス圧は、約５５０ｔｏｒｒ〜約７５０ｔｏｒｒで開始し、需要が供給を超えると、１ｔｏｒｒほどに低くなる。したがって、容器１４内又は供給ライン１２での漏出が生じても、容器内は大気圧よりも低い圧力下にあるから、洗浄ガスは環境中には漏出しない。これは、結果的に、安全な耐漏出システムを生じさせる。プロセスで必要な量よりもより多量のガスが収容される場合には、過剰の洗浄ガスはライン２６を通って排気される。

　図２を参照すると、濾過床を有する洗浄システムが、概して、参照符号４０で表されている。システム４０は、図１に図示した要素に加えて、濾過／吸着床４２を有する。濾過床４２は、容器１４への供給ガス中に存在しているかもしれないＨＦ、ＣＦ₄、ＳｉＦ₄及び他の汚染物質を吸着するＣＦｘのペレット（式中、ｘは０．９〜１．２）、ＮａＦ、ＫＦ、ＣａＦ₂，ＮａＨＦ₂、ＮａＦ（ＨＦ）_y、ＫＦ（ＨＦ）_y、ＣａＦ₂（ＨＦ）_y（式中、ｙは１〜４）及びこれらの任意の組み合わせであってもよい。この構成において、濾過床は、洗浄ガスをプラズマチャンバ３６へ進行させるだけでなく、容器１４に供給される洗浄ガスの品質を最適よりも低くし、コストを削減する。

　図３を参照すると、再循環構成を有する大気圧以下でのシステムが、概して参照符号５０で表されている。システム５０は、ガスを再循環させる処理チャンバ３８からのラインを有する。フッ素の場合、洗浄プロセスにおいてチャンバに入るフッ素の６０％〜８０％
は用いられないから、Ｆ₂に戻される。処理チャンバ内で粒子状物質の問題を引き起こし得るガス（すなわち、ＳｉＦ₄、ＣＦ₄、ＨＦ）を、濾過床４２により、処理チャンバ３８を出る使用済み洗浄ガスから除く。窒素及びアルゴンなどの不活性ガスを富Ｆ₂ストリームと一緒に再循環させて、次いで高濃度のフッ素を伴い遠隔プラズマチャンバ３６を供給することができる。これは、フッ素の実際の使用を最大化する。

　洗浄再循環プロセスの間、バルブ５２、５６、６２及び６８を閉じる。バルブ５８及び６６は開く。新しい洗浄ガスを容器１４からマスフローコントローラ３２を通して、ポンプ２０により掃引する。ガスは、濾過床４２を通って、ここで汚染物質が洗浄ガスから除かれる。精製された洗浄ガスは、次いで、プラズマチャンバ３６に供給され、最終的には処理チャンバ３８に供給され、ここで洗浄を行う。洗浄ガスは、次いで処理チャンバ３８から掃引され、再循環のためにポンプ２０に戻される前に、供給洗浄ガスと組み合わせられる。この再循環プロセスは、洗浄プロセスが完了するまで、続ける。

　洗浄ガスストリームは、プロセスの初期に、プロセス運転の後半の部分での流のより大きな程度を占める再循環された洗浄ガスで、高濃度に調節される。結果として、洗浄プロセスの後半のステージでは、より少量の洗浄ガス供給が必要となるだけで、コスト節約となる。

　図４を参照すると、図３に示した処理チャンバが処理モードになる場合、システムは、図４に示すように、再生モードに再構成される。再生モードにおいて、バルブ５８、６６及び７０は閉じる。バルブ５２、５６、６２及び６８を開く。ポンプ６４は、チャンバ３８から排気ライン７４までプロセスガスを掃引することによって、処理チャンバ運転を再開させる。このプロセスの間、濾過床４２は再生される。床４２を負圧に掃引するポンプ２０により、窒素などの不活性ガスを床４２を通して戻す。結果として、床に吸着された不純物は脱着され、こうして床は再生される。脱着された不純物は、ポンプ２０によって、床から排気ライン２６に排気される。このプロセスの間、Ｆ₂ガス供給は、圧力容器１４を満たし、次の洗浄プロセスサイクルに備える。

　上述の説明は、本発明の説明のためだけであることは理解されたい。本発明から逸脱しない限りにおいて、種々の変更例や変形例が当業者により工夫され得る。したがって、本発明は、そのような変更例や変形例をすべて含むことを意図するものである。

図１は、本発明の一実施形態による大気圧以下での供給システムを示す。図２は、本発明の一実施形態による濾過／吸着床を有する大気圧以下の供給システムを示す。図３は、本発明の一実施形態による再循環構成を有する大気圧以下での供給システムを示す。図４は、本発明の一実施形態による再循環構成を有する大気圧以下での別の供給システムを示す。

符号の説明

１０：処理チャンバ洗浄システム
１２：供給ライン
１４：容器
２０：ポンプ
３６：プラズマチャンバ
３８：処理チャンバ
４０：洗浄システム
４２：濾過／吸着床
５０：再循環システム

Claims

　半導体処理チャンバの表面から残渣を除去する方法であって、
（ａ）貯蔵容器内に、大気圧よりも低い圧力にて、洗浄ガスを貯蔵する工程と；
（ｂ）真空下で、該貯蔵容器から該洗浄ガスを除去する工程と；
（ｃ）洗浄すべき処理チャンバに、該洗浄ガスを通過させる工程と；
を含む方法。
　前記洗浄ガスを活性化させる遠隔プラズマ源を伴わない処理チャンバに、前記洗浄ガスを通過させる、請求項１に記載の方法。
　前記洗浄ガスを活性化させる遠隔プラズマ源を伴う処理チャンバに、前記洗浄ガスを通過させる、請求項１に記載の方法。
　前記洗浄ガスは、フッ素、塩素、ＣｌＦ_x、ＢｒＦ_x、Ｏ₂、Ｏ₃、ＮＦ₃及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
　前記洗浄ガスは、フッ素である、請求項１に記載の方法。
　前記貯蔵容器は、約４リットル〜約８リットルの容積を有する、請求項１に記載の方法。
　前記洗浄ガスは、約１ｔｏｒｒ〜約７５０ｔｏｒｒの範囲の圧力にて、前記貯蔵容器内に貯蔵される、請求項１に記載の方法。
　前記処理チャンバは、ＣＶＤ処理チャンバである、請求項１に記載の方法。
　前記ＣＶＤ処理チャンバは、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ｗ、ＷＳｉ、スズ、ＴａＮ、低Ｋ誘電率コーティング、高Ｋ誘電率コーティング、Ｓｉ系フォトレジスト、炭素系フォトレジスト、及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される物質をデポジットするために用いられる請求項８に記載の方法。
　さらに、工程（ｂ）の前に、前記貯蔵容器から洗浄ガスを除去するために用いられる真空ポンプのモーターハウジングに、不活性ガスを通過させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
　前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、乾燥空気、及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項１０に記載の方法。
　前記不活性ガスは、アルゴンである、請求項１０に記載の方法。
　前記不活性ガスは、少なくとも１標準リットル／分の流速で、前記モーターハウジングに流される、請求項１０に記載の方法。
　さらに、工程（ｂ）の後に、前記洗浄ガスを濾過床に通過させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
　前記濾過床は、ＣＦ_xペレット、ＮａＦ、ＫＦ、ＣａＦ₂、ＮａＨＦ₂、ＮａＦ（ＨＦ）_y、ＫＦ（ＨＦ）_y、ＣａＦ₂（ＨＦ）_y及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種の濾過媒体を含む、請求項１４に記載の方法。
　半導体処理チャンバから残渣を除去する再循環法であって、
（ａ）貯蔵容器内に、大気圧よりも低い圧力にて、洗浄ガスを貯蔵する工程と；
（ｂ）真空下で、該貯蔵容器から該洗浄ガスを除去する工程と；
（ｃ）該洗浄ガスを少なくとも１種の濾過床に通過させて、該洗浄ガスを精製する工程と；
（ｄ）該洗浄ガスを洗浄すべき処理チャンバに通過させて、該処理チャンバを洗浄する工程と；
（ｅ）該洗浄ガスを洗浄プロセスにて再使用するために工程（ｃ）に再循環させて戻す工程と；
を含む方法。
　工程（ｄ）における前記洗浄ガスを、前記洗浄ガスを活性化させる遠隔プラズマ源を伴わない処理チャンバに通過させる、請求項１６に記載の方法。
　前記洗浄ガスを活性化させる遠隔プラズマ源を伴う処理チャンバに、前記洗浄ガスを通過させる、請求項１６に記載の方法。
　前記貯蔵容器内の前記洗浄ガスは、再循環プロセスの間、前記濾過床を通過する前記洗浄ガスの容積をより大きくするために再循環された洗浄ガスによって、最初に高濃度に調節される、請求項１６に記載の方法。
　前記洗浄ガスは、フッ素、塩素、ＣｌＦ_x、ＢｒＦ_x、Ｏ₂、Ｏ₃、ＮＦ₃及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項１６に記載の方法。
　前記洗浄ガスは、フッ素である、請求項１６に記載の方法。
　前記貯蔵容器は、約４リットル〜約８リットルの容積を有する、請求項１６に記載の方法。
　前記処理チャンバは、ＣＶＤ処理チャンバである、請求項１６に記載の方法。
　前記ＣＶＤ処理チャンバは、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ｗ、ＷＳｉ、スズ、ＴａＮ、低Ｋ誘電率コーティング、高Ｋ誘電率コーティング、Ｓｉ系フォトレジスト、炭素系フォトレジスト、及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される物質をデポジットするために用いられる請求項２３に記載の方法。
　さらに、工程（ｃ）の前に、前記貯蔵容器から洗浄ガスを除去するために用いられる真空ポンプのモーターハウジングに、不活性ガスを通過させる工程を含む、請求項１６に記載の方法。
　前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、乾燥空気、及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項２５に記載の方法。
　前記不活性ガスは、アルゴンである、請求項２５に記載の方法。
　前記不活性ガスは、少なくとも１標準リットル／分の流速で、前記モーターハウジングに流される、請求項２５に記載の方法。
　前記濾過床は、ＣＦ_xペレット、ＮａＦ、ＫＦ、ＣａＦ₂、ＮａＨＦ₂、ＮａＦ（ＨＦ）_y、ＫＦ（ＨＦ）_y、ＣａＦ₂（ＨＦ）_y及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種の濾過媒体を含む、請求項１６に記載の方法。