JP2005191537A - プラズマ処理反応器内の導電性の面を保護するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンバハウジングの表面上の堆積物の形成を防止することを目的とする。
【解決手段】 内部で、基板ホルダ２１６上に保持された基板２１５に隣接して、処理プラズマが発生する処理チャンバであって、自立型の電気絶縁性のライナー２２０〜２２３が、処理プラズマに面する処理チャンバの金属壁２１２に隣接して配置されていることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ガスプラズマエッチング手順を用いて清掃されうる材料を有するガスプラズマプロセスチャンバの、導電性の、典型的には金属の部分を保護するための方法及び装置に適する。

半導体産業は、熱化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化型（plasma-enhanced ）ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ補助型（plasma-assisted ）エッチング、及びスパッタリングによる蒸着微細構成変態（deposition topography modification by sputtering）のような種々の異なるプロセスに使用しうる、高いスループットの単一基板用（枚葉式）処理反応器に依存している。人手を集中的に投入しなければならない人手による清掃、及び反応器を清掃のために開けなければならないときに生じる生産性の低下を回避するためには、プラズマエッチング技術を用いて人手によらずに清掃可能な（self cleaning ）処理反応器のようなものを持つのが好ましい。

減圧され制御されたガス状の環境を備えたＰＥＣＶＤ処理反応器チャンバは、一般にアルミニウムから作られているが、石英のような特別な合金や材料をときに用いることもある。半導体産業でのアルミニウム反応チャンバについての広い経験によって、反応器で生産される製品へのアルミニウムの存在の影響がわかってきた。従って、この産業におけるそのような仕事は、アルミニウム反応チャンバの使用によって快適になっている。しかし、シャーマン（Sherman ）への米国特許第4,563,367 号に記載されているように、プラズマ補助型化学気相成長プロセスにおいては、反応チャンバの内面に堆積物が形成しやすく、アルミニウムの反応チャンバの面は定期的に清掃されなければならない。

この定期的な清掃はチャンバを分解することなく行うことができ、チャンバの部品を湿式の化学エッチング液（wet chemical etchant）に浸すことによって、またはチャンバ部品を機械的に清掃することによって行うことができる。しかし、これらの方法には時間がかかり、生産性を低下させる粒子や汚染物を生じさせる。これらの方法にとって代わるものは、人手に頼らずに清掃可能な反応器システムであり、このシステムにおいては反応器システムのプラズマ電極またはコイルが、清掃をするエッチングプラズマを生成するために用いられている。典型的に、ＣＦ₄やＯ₂から生成されるエッチングプラズマは、反応チャンバを清掃するために用いられる。しかし、プラズマ清掃を数回行った後に、反応器システムの性能はしばしば半導体ウエハ上の蒸着が不均一になるほど低下することが発見された。この性能低下の原因を追及することによって、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）が標準的なプラズマ自己清掃（self-cleaning ）の際に反応器システムの上部電極のむきだしの（bare）アルミニウム上で結晶化していることが発見された。この原因に対する一つの理論は、堆積物が、プラズマ自己清掃プロセスの間に電極間に付与される高周波場内の活性フッ素種（species ）によるイオン衝突の結果によるものであるとする。フッ素が上部電極のむきだしのアルミニウムの自然酸化物の保護コーティングを破壊し、プラズマ自己清掃サイクルの間にＡｌＦ₃の堆積物が形成されることが、さらに理論付けられている。シャーマンは、従来の半導体処理真空チャンバ内において小型で閉じられたプラズマ発生チャンバの使用することは、その発生チャンバ内のある高い活性の種を制御し、従来の半導体処理真空チャンバに損害を与えることなく、高められた高周波電源（より高いプラズマエッチング速度）の使用を可能にすると結論付けている。従って、従来の処理真空チャンバの湿式の化学清掃（wet chemical cleaning ）の周波数を高くすることなく、高い半導体処理のエッチング速度が可能となる。小型の閉じられたプラズマ発生チャンバは、酸化アルミニウムのようなセラミック材料から作られる。彼は、従来の処理真空チャンバは金属壁からでもセラミック壁からでも作りうると言っているが、どちらがいいかとは述べていない。ＣＶＤ反応チャンバ壁への堆積物の形成を減少させる別の試みが、デービス（Devis ）らへの米国特許第4,875,989 号に記載されている。デービスらは、活性種の流れを方向付けするための、ウエハ面に近接した円錐形の隔壁の使用について記述している。この円錐形の隔壁は、底面以外の全体が陽極酸化された（anodized）アルミニウムから作られている。

１９９０年１０月２日のロー（Law ）らへの米国特許第4,960,488 号は、高周波電極に部分的に隣接して、またチャンバ及び排気システムを通して、反応チャンバを清掃するプロセスについて記述している。好ましくは、第１ステップが比較的高圧、狭い電極空間及びフッ化炭素（fluorocarbon）ガスの化学的性質を用いるものである２ステップの連続したエッチング行程（sequence）が使用される。第２ステップは比較的低圧、大きな電極空間及びフッ素ガスの化学的性質を用いる。典型的にはＣ₂Ｆ₆及びＯ₂のエッチガス混合物が第１の清掃ステップに用いられ、ＮＦ₃が第２の清掃ステップのエッチガスとして用いられる。エッチ清掃の間にハロゲン含有プラズマがアルミニウムの反応チャンバ壁に接触するときに生じる汚染化合物の形成を防止するため、及び必要なエッチング清掃量を減らすために、反応チャンバは構成要素間に空間を有し、ウエハ以外のチャンバ壁に活性のＣＶＤ種が堆積する機会が減少するように設計される。それに加えて、プロセスチャンバ内の特定の面は、チャンバ壁上のガス分解または凝結を減らすために温度が制御され、反応器は、ウエハ領域以外へのＣＶＤ材料の堆積を防止するためのパージガス流れ（purging gas flow）を有するように設計される。

フッ素含有ガスによる浸食からアルミニウム反応チャンバを保護するためのさらなる試みとして、ロリマー（Lorimer ）らは、米国特許第5,069,938 号公報に記載されているように、アルミニウム基板への腐食に耐える保護コーティングの形成方法を開発した。保護コーティングは、まずアルミニウム基板上に高純度酸化アルミニウム層を形成し、さらに高温において酸化アルミニウム層を１またはそれ以上の高純度フッ素含有ガスに接触させることにより形成される。酸化アルミニウム層は、熱形成層であってもよいし、陽極酸化によって形成された層であってもよく、少なくとも約0.1 マイクロメートルから約２０マイクロメートルの厚さを有している。好ましいフッ素含有ガスは、酸の蒸気を含んでいる。例えば、フッ素含有ガスはＨＦ、Ｆ₂、ＮＦ₃、ＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃及びＣ₂Ｆ₆を含んでいる。完了したコーティングのプロセス及び記述から証明されるように、酸化アルミニウムを貫通した（おそらく下層のアルミニウム面まで）フッ素含有ガスは、内部でフッ素含有化合物を形成する。ロリマーらの保護コーティングは、処理装置のチャンバ壁を化学気相成長及びエッチングプロセスにおいて使用される化学物質から保護することを企図している。しかし、熱または陽極酸化による、アルミニウム面上の２０マイクロメートルまたはそれ未満の酸化アルミニウムコーティングは、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）、フッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）、及び酸化フッ化アンモニウム（ＡlＯ_xＦ_y）のようなフッ素含有化合物がコーティングの外表面に徐々に形成されることを防止しないことを発明者は決定した。これらの化合物は、最終的にコーティング面から剥がれ落ち、汚染粒子源となる。

上記からわかるように、半導体産業は、アルミニウムのプロセス反応チャンバ上の堆積物の形成を防止する手段を有することが非常に好ましいことだと見ている。この形成は、プロセス反応チャンバがプラズマ操作領域を、活性ＣＶＤ種がウエハ領域以外のチャンバ壁に堆積する機会を減少させる、反応器の要素間の空間を有するような反応器内で可能な最小空間に制限するように設計されているときにも防止されなければならない。

近年、液晶ディスプレイ、特にコンピュータディスプレイのスクリーン、直接見る方式か投影式のテレビジョンスクリーン、並びにナビゲーション及び通信装置のようなフラットパネルディスプレイへの関心が高まってきた。このような液晶フラットパネルディスプレイは、半導体デバイスに一般に用いられている種類の材料及び物理構造を利用している。液晶ディスプレイを作るのに必要なプロセスの多くは、半導体デバイスを生産するのに用いられるものと同じプロセスである。従って、半導体処理装置は、現在、そのようなフラットパネルディスプレイの生産に用いるべく改良されている。処理ステップの多くに、プラズマ補助型（plasma-assisted ）ＣＶＤやプラズマエッチングが用いられている。典型的に、処理される基板は、高周波電力が上部電極に付加される間、下部の接地されたプラテン（platen）電極の上に配置される。反応ガスが上部電極領域に放たれ、２つの電極の間にプラズマが形成される。矩形のフラットパネルディスプレイ基板はシリコンウエハに比べて非常に大きい（シリコンウエハが最大２００ｍｍの直径であるのに対し、フラットパネルは３６０×４５０ｍｍまである）ため、プロセス反応チャンバをプラズマ領域よりも非常に大きくすることは実際的ではない。反応チャンバ壁をプラズマ領域に近づけることは、チャンバ壁への堆積物の量を増加させ、プラテン電極とチャンバ壁との間のアークの可能性を増加させる。

サブミクロン単位で配置された半導体デバイスを含むフラットパネルディスプレイは、汚染粒子に敏感であるため、反応チャンバ壁上の堆積物の形成は重大な問題である。フラットパネルの設計配置、すなわち横方向寸法は典型的に大きく、５から２０μｍの範囲である。しかし、デバイス層、すなわち縦方向寸法は薄く、０．０３から０．３μｍの範囲にある。このため、小さな粒子の存在は、ピクセル（pixel ）またはピクセル列の不良をもたらす漏れ電流の原因となりうる。また、ディスプレイが1,000 ×1,000 個のラインを有することを考慮すると、動的な半導体トランジスタによって制御される百万ものピクセルがあることになる。

さらに、液晶ディスプレイパネルの基板が典型的にガラスすなわち絶縁材料であるため、プラズマはチャンバ壁に向かって伸びやすく、ガラス基板を支持するプラテン電極（サセプタ）とプロセス反応チャンバのアルミニウム壁との間でアークが発生しやすい。

従って、半導体基板、特にフラットパネル液晶ディスプレイの製造にあっては、以下の手段を開発することが重要である。１）プラズマにさらされる境界を制限することにより、反応チャンバ壁への堆積物の形成を減少させること。２）反応器壁に汚染物が徐々に形成される原因とならないような反応器壁の清掃。及び、３）プラズマ発生電極から導電性の反応チャンバ面へのアークを防止すること。

この発明に従って、セラミック障壁材料が、導電性の、典型的には金属のプロセス反応チャンバ面を保護するために用いられる。この面は、プラズマ処理の間に汚染される可能性がある。セラミック障壁材料は良好な絶縁体であるものが選択され、このためセラミック障壁材料の表面には電荷が溜まる。この電荷形成は、典型的に例えば２０ボルト未満であるプラズマ電位にほぼ等しい。この電化形成はプラズマがセラミック障壁材料の面から反発するのに寄与し、これによりプラズマを制限し、反応チャンバ壁上に形成される堆積物を大きく減少させる。これに加えて、このようなセラミック障壁材料はフッ素含有エッチガスを用いて、セラミック上に汚染物が形成されることなく清掃されうることも発見されている。この汚染物は後に汚染粒子源となりうる。

セラミック障壁材料は、プロセス反応チャンバの内面全体をシールドする必要はないが、プラズマが発生する領域を取り囲む反応チャンバ面を保護しなければならない。これに加えて、セラミックライナーが、エッチング清掃処理プラズマにさらされる可能性のある反応チャンバ面を保護することが好ましい。

さらに、圧力を変化させるのに必要な時間を最小にし、これにより生産性を最大にするためには、プロセスチャンバは体積においてできるだけ小さくなければならないこともわかっている。それゆえ、チャンバ壁は電極にできるだけ近くなければならない。チャンバはサセプタより少しだけ大きいだけであるから、セラミック障壁材料は、サセプタとその近くの反応チャンバの導電面との間のアーク（または激しい放電）を防止する。

セラミック障壁材料は、プロセス反応チャンバの内面全体をシールドする必要はないが、プラズマが発生する領域を取り囲む反応チャンバ面を保護しなければならない。これに加えて、セラミックライナーが、エッチング清掃処理プラズマにさらされる可能性のある反応チャンバ面を保護することが好ましい。

セラミック障壁材料は、典型的に酸化アルミニウムを含んでいる。これが比較的安価で使用しやすいからである。酸化アルミニウムは、”ガスを放出”するようなものでなく、プロセス操作の間に基板上にスパッタリングされうる汚染物を含まないような、十分に純度が高いものでなければならず、またそれは、特定のエッチングプロセスにさらされたときに化学的に安定なものでなければならない。酸化アルミニウムまたは他の酸化金属セラミックは、単結晶酸化物（single crystal oxide）、多結晶酸化物（polycrystalline oxide ）またはアモルファス酸化物（amorphous oxide ）でよい。炎を吹き付けられた（flame sprayed ）、またはプラズマを吹き付けられた（plasma sprayed）アルミニウム酸化物もまた、セラミック障壁を形成するのに使用しうる。

セラミックライナーを形成するのに使用しうる他の材料は、図示により、しかしこれには限定されないが、アルミニウム、マグネシウム及びタンタルの酸化物及びフッ化物を含む。

セラミック障壁材料の厚さは、典型的に少なくとも約0.005 インチ（130 マイクロメートル）であり、好ましくは約0.01インチ（250 マイクロメートル）から約0.25インチ（6.4 ミリメータ）の範囲にある。

以上のように、この発明によれば、プラズマにさらされる領域を制限することにより、処理チャンバ壁上の堆積物の形成を減少させることができる。また、処理チャンバ壁に汚染物質が徐々に形成されることがないような方法で、反応器壁のエッチ清掃を可能にすることができる。さらに、ＣＶＤ処理チャンバ内のプラズマ発生電極から導電性の反応チャンバ面へのアークが生じるのを防止することができる。

この発明に従って、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ及び他のタイプの処理チャンバで使用される方法及び装置が提供される。これらの処理チャンバは、１）プラズマにさらされる領域を制限している。これにより、処理チャンバ壁上の堆積物の形成が減少する。

２） 処理チャンバ壁に汚染物質（contaminants）が徐々に形成されることがないような方法で、反応器壁のエッチ清掃（etch cleaning ）を可能にする。

３） ＣＶＤ処理チャンバ内のプラズマ発生電極から導電性の反応チャンバ面へのアークが生じるのを防止する。

特に、この方法及び装置は、反応チャンバ内において反応チャンバ壁への薄膜の蒸着を減少させつつ、プラズマ強化型化学気相成長処理（plasma-enhanced chemical vapor deposition processes ）の動作を可能にする。さらに、反応チャンバは、ハロゲン含有（典型的にはフッ素含有）ガス及びプラズマエッチング技術を用いて、反応チャンバ壁上に薄膜の残渣（residue ）が形成されることなく、定期的に清掃されうる。

この発明に従って、プラズマ処理または清掃動作の間、活性の核種（active species）に顕著にさらされるＣＶＤ及び／またはＰＥＣＶＤ処理チャンバ壁は、比較的厚い、電気絶縁性のセラミック障壁材料で裏打ちされている。

ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応器と組み合わされた先行技術が、図３及び４に示されている。処理反応器の垂直断面図が図３に示され、上面図が図４に示されている。上面図はカバーが開かれた状態で示されている。反応器システム１０はハウジング１２（”チャンバ”とも呼ばれる）を含み、ハウジング１２は典型的にはアルミニウムから作られ、プラズマ処理領域１４を有する内側の真空チャンバ１３を構成する。

反応器システム１０は、ウエハを保持するサセプタ（susceptor ）１６、ウエハ支持用指状部２０、及び外部のロボットブレード２４と協力するウエハ移送システム１８を含む。反応器システム１０は、ガスマニホールド（図示せず）をさらに含み、ガスマニホールドは、ハウジングカバー８０内に存在する分散システム３２からのプロセスガス及び浄化（purging ）ガスを供給する。高周波電源（RF power supply ）及び整合ネットワーク（matching network）２８は、ランプ加熱システム３０が石英窓（quartz window ）７０を通して放射線を通過させてサセプタ１６及びその上に置かれたウエハ１５を加熱する間、導入ガスからプロセスガスプラズマを創製し維持し、この結果、ウエハ１５上にプラズマからの活性の核種（active species）が堆積される。

プラズマ処理領域１４は、空間的に有意義に限定される。好ましくはこれに加えて、サセプタ１６の底部を横切ってから上方に向かう浄化ガスの流れ１０３を提供するために、第２の浄化ガスマニホールド１１２がウエハ処理領域の下に配置されている。このような浄化ガス流１０３は、分散システム３２（開口部が形成されたマニホールド前面板（face plate）９２を含む）からのガス流１０５と組み合って、プラズマからの堆積物が一般に反応チャンバ１３の内面、特にサセプタ１６の下の面への蓄積の防止に役立つ。

処理反応器のチャンバ壁上へのＣＶＤ蓄積物の防止策が取られるにもかかわらず、このような堆積の問題は除去できず、反応器の清掃が定期的に行われなければならない。プラズマ補助によるエッチング（plasma-assisted etching ）は、これによれば粒子が反応器を汚染するおそれが減少するため、好ましい清掃方法である。反応チャンバ壁は典型的にはプラズマが含む塩素ガスによって直接侵されるアルミニウムであるため、プラズマ補助によるエッチングにはフッ素ガスプラズマが通常使用される。しかし、前述のように、この結果としてアルミニウム壁上には三フッ化アルミニウム（aluminum trifluoride）の堆積物が徐々に形成され、これがはがれ落ちて処理反応チャンバ内に汚染粒子を提供することになる。

液晶のフラットパネルディスプレイの製造に用いられる処理反応器は、上記の半導体処理反応器に対して多くの共通点を有している。しかし、フラットパネルディスプレイは一般に矩形であるため、カバーを開いたときの反応器の上面図は図２に示すようになる。反応器システム２００を示す図１及び２のように、矩形のフラットパネルディスプレイのガラス基板２１５は、矩形のサセプタ２１６の高くされた段部の上に載っている。ディスプレイパネル基板の移送システム２１８は、通常は外部にあるロボットアーム２２４と協力して、ガラス基板２１５を反応器２００の内部真空チャンバ２１３内に移動させるとともに、この内部真空チャンバ２１３から移動させる。内部真空チャンバ２１３は、ヒンジによって取り付けられたふたを含む反応器ハウジング（すなわちチャンバ）２１２によって取り囲まれている。反応器システム２００は、基板２１５の上の分散システム２３２からのプロセスガス及び浄化ガスを供給する、ふた内のガスマニホールドをさらに含む。数百個のオリフィス２９３を有する矩形の前面板２９２は、プロセスガス及び浄化ガスを基板２１５に供給する。高周波電源及び整合ネットワーク２２８は、前面板２９２から発せられた導入ガスからプロセスガスプラズマを生成し維持する。このプロセスガスプラズマは、主に、基板２１５上のプラズマ処理領域２１４内に包含される。しかし、絶縁性のガラス基板２１５の反応器ハウジング２１２に対する大きさのために、この発明の助けもなく、プラズマは反応器ハウジング２１２の方に移動する傾向がある。プラズマにはサセプタ２１６の下の空間に形成される傾向もあり、またアークはサセプタ２１６と反応器ハウジング２１２の下部側壁との間で発生する傾向がある。最後に記載されたこれらの効果は、サセプタ２１６がその滑動（sliding ）シャフト２３０を通して反応器ハウジング２１２に不完全に接地されているために起こる。

この発明の方法及び装置なしでは、プラズマ処理領域２１４内に形成されたプラズマはアルミニウムの反応器ハウジング２１２に向かって移動して、この処理／反応器チャンバの壁上の堆積物を残す。この壁は、他の方法でフッ素ガスプラズマエッチングを用いて定期的に清掃される必要がある。既に述べたように、この結果として反応器チャンバ壁にフッ化アルミニウムや他の化合物から成る薄膜の残渣が生じることになり、これが形成された後にはがれ落ちて反応器チャンバ内の汚染粒子となる。

当業者は、半導体処理反応器内の個々の要素として何年もの間セラミック化合物を用いてきた。セラミックは、典型的には電気絶縁性であってそれの結晶化度が材料及びその処理によらずにアモルファス、ガラス質（glassy）、微晶質（microcrystalline）、及び単結晶質（singly crystalline）の間で変動する金属酸化物である。発明者は、例えば、プラズマ補助によるＣＶＤ反応器（plasma-assisted CVD reactor ）の電極板から活性の核種（active species）をそらせるためにアルミナのバッフル（buffle）を用いてきており、電極板上の堆積物形成の防止を企図してきた。シャーマン（Sherman ）は、前述のように、アルミニウム酸化物の、小さな閉じたプラズマ発生チャンバを用いてきた。

陽極酸化されたアルミニウムが、プラズマ発生器の電極領域内のバッフル及び構成要素として広く用いられてきた。しかし、陽極酸化されたアルミニウム表面は電気が漏りやすく、下層の導電性のアルミニウムに電流が漏れ、それゆえ、プラズマは陽極酸化されたアルミニウム表面に向かって吸引される。従って、陽極酸化されたアルミニウムはプラズマを制限するのに著しく機能せず、プラズマ発生電極から陽極酸化されたアルミニウム表面に向かうアークの減少のために十分には役立たない。すべての公知技術の場合には、形成された堆積物を反応器チャンバのアルミニウム壁から除去することがなお必要であり、このような除去によってアルミニウムを含有する堆積物が形成され、この堆積物は最終的に反応チャンバの粒子の源となる。

陽極酸化されたアルミニウムをここで適用されるセラミックアルミナ（ceramic alumina ）と区別する特性は、バルク（bulk）または堆積されたアルミナが均質構造に近いのに比較して、陽極酸化されたアルミニウムが２層構造を有していることである。陽極酸化されたアルミニウムの上層は、多孔性（porous）であって電気絶縁特性が悪い。この層は、陽極酸化処理による高濃度の汚染物（Ｈ₂Ｏ、ＳＯ₃、Ｃｒまたは他の種類のもの（species ））を有しており、純粋な物質に比べて化学的に異なった反応を示す。チャネル（channels）が上層を通って垂直に下層のアルミニウムの数百オングストロームの範囲まで伸びており、導電性のプラズマに対する通路となるため、下層の２００オングストローム程度の部分のみがプラズマに対する電気的障壁として機能する。下層は、良好な電気絶縁体であってもっと緻密で純粋な酸化アルミニウムの障壁層である。典型的に陽極酸化されたアルミニウムのトータルの厚さは、0.005 インチ（約130 マイクロメートル）未満に制限され、そのうちの数百オングストローム（１マイクロメートルの100 分の１の数倍）の部分のみが障壁層となる。

この発明のセラミック材料は、多孔性ではなく、均質な材料である。それは良好な電気絶縁体であり、比較的純粋な形態（約９９％またはもっと良好）に作りうるため、プラズマ環境下において低い化学反応性を呈する。バルクで自立した（free standing ）セラミック材料は、典型的には少なくとも0.005 インチ（約130 マイクロメートル）の厚さを有しており、好ましくは0.01インチ（約250 マイクロメートル）及び0.25インチ（6350マイクロメートル）の間の厚さ範囲にある。

発明者は、酸化アルミニウムのようなセラミックがフッ素含有ガスから形成されるエッチプラズマによって除去されるときには、三フッ化アルミニウムが生じないことを発見した。従って、酸化アルミニウムの反応器は、標準的なエッチプラズマ技術を用いて粒子が形成されることなく清掃することができる。しかし、酸化アルミニウムは反応器製造材料自体としては実際的ではなく、発明者はこの材料を障壁材料、典型的には金属の反応器壁を保護する裏打ち材として用いることを選択した。発明者は、堆積用プラズマ（deposition plasma ）を制限し、フッ素含有プラズマエッチガスがセラミック障壁を貫通して保護すべき下層のアルミニウム表面に達するのを防ぐためには、酸化アルミニウムの厚さは少なくとも0.005 インチ（＝約130 マイクロメートル）であることが好ましいことを発見した。従って、もっと薄い厚さのコーティングでは、知られているプラズマエッチング手法を用いてプラズマ処理チャンバを十分に清掃することはできない。

図１の実施例に示すように、一組のセラミックライナー２２０、２２１及び２２２がアルミニウムハウジング２１２に隣接して配置されている。これらのライナー２２０、２２１及び２２２は高純度（９９％）の固体のアルミナから機械加工され、それゆえＤＣ、高周波（ＲＦ）においても、またプラズマ存在下においても高い絶縁性を有している。高純度の酸化アルミニウムの重要性は、ロリマ（Lorimer ）らによって検討されている。それらは、自立体（free standing form）に機械加工されるため、最小でも130 マイクロメートル（0.005 インチ）の厚さを有していなければならない。そのような適当なもの以上の厚さは、望ましい抵抗を提供する。同様の大きさで絶縁性のセラミック環状体２２３が、前面板２９２の周囲に取り付けられている。そのような環状体２２３は、高周波電源２２８に電気的に接続された前面板２９２を電気的に絶縁し支持するため、及びその背後にあるテフロン絶縁体２９４を保護するために以前から用いられていた。しかし、それは、セラミック製のライナー２２０、２２１及び２２２と同じ利点の多くを付加的に提供する。前面板２９２の底面は典型的に陽極酸化されている。

絶縁性の上部セラミックライナー２２１及び２２２並びにセラミック環状体２２３は、プラズマをはね返し、こうして処理プラズマを基板２１５により近くに隣接した処理領域に閉じ込め、これによりチャンバハウジング２１２の壁上の堆積物を減少させ、また処理効率を高める。下部セラミックライナー２２０は、部分的に電気的に浮いているサセプタ２１６を、接地されたチャンバハウジング２１２から電気的に絶縁する。これによりサセプタ２１６の周囲とチャンバハウジング２１２との間のアークが防止され、サセプタ２１６の下方でプラズマが形成されることも防止される。内部真空チャンバ２１３の底部を別のアルミナライナーで付加的にカバーすることが好ましいのかもしれないが、これは、移送システム２１８の大部分を形成するディスクがバルクのセラミックであり、主としてアルミニウムから成るサセプタ２１６がその底部を別のセラミックディスクによって支持されているため、必要ではないであろう。

セラミックライナー２２０、２２１及び２２２並びにセラミック環状体２２３は、一般的なＰＥＣＶＤ処理の間、チャンバハウジング２１２の表面上の堆積物の形成を防止する。これらのセラミック部品２２０〜２２２上、及び前面板２９２の陽極酸化された底面上に形成される堆積物は、標準的なプラズマエッチング技術を用いて、湿式化学クリーニング（wet chemical cleaning ）を必要とせずに除去されうる。湿式化学クリーニングは、粒子となって内部真空チャンバ２１３を汚染する化合物を形成させる元となる。

自立する（free-standing ）ライナーは上記のようであるが、下層のアルミニウムを消費することなく堆積されるセラミック層は、陽極酸化されたアルミニウム表面の短所を伴うことなくバルクのアルミナの利点を提供するよう、十分な厚さと抵抗を有するように作りうる。例えば、炎を吹きかけられた、またはプラズマを吹きかけられた酸化アルミニウムは、130 マイクロメートルより薄いが、例えば１マイクロメートル程度である陽極酸化されたアルミニウムに対する、数百オングストロームである効果的な障壁厚さよりも実質的に厚い、良好な絶縁層を形成する。２０マイクロメートルより厚いことが好ましく、バルクのセラミックスに対応する厚さであることはもっと好ましいであろう。

アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が、上記実施例で用いた酸化アルミニウムの形態であるが、他の絶縁材料も同様の効果を奏しうる。例えば、アルミニウム、マグネシウムやタンタルの酸化物やフッ化物である。これらの中には、結晶質または多結晶質の絶縁材料や、ガラス質のセラミックスがある。これらの材料はすべて電気的絶縁体であり、プラズマエッチング環境下において一般に耐久力があり、プラズマ存在下において望ましくない粒子を創製してはならない。あるいは、他の材料も使用しうる。

この発明は部分的にはアルミニウムチャンバにとって有益であるが、ステンレス鋼のような他のチャンバ材料も使用しうる。

以上のように説明され図に示されたこの発明の好ましい実施例は、請求の範囲によって示されるこの発明の範囲を制限することを意図するものではない。なぜなら、当業者は、最小の実験によって、請求の範囲に一致するように実施例の範囲を広げることができるからである。

図１は、ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応器に採用された、この発明の好ましい実施例を示している。フラットパネル液晶ディスプレイを形成するために使用されるような種類の、結合されたＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ反応器の垂直断面の簡略図を示している。 図２は、ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応器に採用された、この発明の好ましい実施例を示している。結合されたＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ反応器の上面図を示している。反応器はカバーを開けた状態で示されている。 図３は広く用いられている、ＣＶＤ及びプラズマ強化型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）の半導体処理反応器と結合された先行技術を図示している。反応器の垂直断面を部分的に概略的に示している。この断面図は、種々の反応器要素の相対的な構成配置を明確にしている。この図は、ロー（Law ）らへの米国特許第4,960,488 号に記載されたものであり、反応器のプラズマ処理領域とプラズマからの活性種によって汚染されうる反応チャンバ壁との間の構成関係のより深い理解を提供するために提示されている。 図４は広く用いられている、ＣＶＤ及びプラズマ強化型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）の半導体処理反応器と結合された先行技術を図示している。図３は同じ反応器の、カバーが開かれた状態の上面図を示している。この図は、ロー（Law ）らへの米国特許第4,960,488 号に記載されたものであり、反応器のプラズマ処理領域とプラズマからの活性種によって汚染されうる反応チャンバ壁との間の構成関係のより深い理解を提供するために提示されている。

符号の説明

２１２…チャンバハウジング（金属壁）、２２０〜２２３…ライナー、障壁材料、２１５…基板、２１６…サセプタ（基板ホルダ）。

Claims (6)

1. 処理プラズマが導電性のプロセスチャンバ壁の付近に生成するプロセスチャンバ内で、前記プロセスチャンバ壁に取り付けられない自立型（フリースタンディング）の電気絶縁性ライナーを前記プロセスチャンバ壁の付近に有するプロセスチャンバであって、前記自立型ライナーが、前記プラズマと前記導電性のプロセスチャンバ壁との間に配置されて、電気絶縁効果を呈して前記導電性のプロセスチャンバ壁を保護するプロセスチャンバ。
2. 前記自立型ライナーが、前記プラズマに面するセラミックの面を有する請求項１に記載のプロセスチャンバ。
3. 前記セラミックが、アルミニウムの酸化物と、アルミニウムのフッ化物と、マグネシウムの酸化物と、マグネシウムのフッ化物と、タンタルの酸化物と、タンタルのフッ化物とを有する請求項２に記載のプロセスチャンバ。
4. 前記セラミックが、酸化アルミニウムである請求項３に記載のプロセスチャンバ。
5. 前記自立型ライナーが、前記プロセスチャンバ壁に取り付けられずに自立することができるよう、約１３０マイクロメートル以上の厚さを有し、また、前記自立型ライナーのプラズマに面する少なくとも０．０２マイクロメートルの面が、前記導電性のプロセスチャンバ壁を保護するに充分なプラズマ電気障壁厚さを与える請求項２に記載のプロセスチャンバ。
6. 前記自立型ライナーの厚さが、約２５０マイクロメートル〜６３５０マイクロメートルの範囲にある請求項５に記載のプロセスチャンバ。

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