JP2012506620A - チャンバをクリーニングするプラズマ発生源とプロセス - Google Patents
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Abstract
基板を処理し、プロセスチャンバを処理するための装置及び方法が提供される。一実施形態では基板を処理する装置が提供され、この装置は、電源と、前記電源に接続された切り替えボックスであって、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、前記切り替えボックスに接続された第１マッチングボックスと、前記第１マッチングボックスに接続されたプラズマジェネレータと、前記切り替えボックスに接続された第２マッチングボックスと、前記第２マッチングボックスに接続されたリモートプラズマ源とを含む。
Description
本発明の実施形態は、概して、半導体製造プロセス及びデバイスの分野に関し、特に半導体基板を処理する装置に関するものである。更に詳細には、本発明は、ガス及び基板を半導体基板プロセスチャンバ内で処理する装置に関するものである。
半導体基板処理チャンバは、ガスを処理することにより、又は処理中に形成される反応物質を処理することにより発生する凝縮物に起因するパーティクルを発生し易い。凝縮物がチャンバの種々の構成部品に堆積すると、残留物が形成され、剥離し易くなる。このような剥離によってパーティクル（又は汚染物質）が発生し、これらのパーティクルは、処理中に浮遊して基板に付着し得るので望ましくない。続いて、これらの汚染物質によって、処理済み基板に形成される素子に短絡又はボイドが発生し得るので、基板の品質が劣化する。
具体的には、プラズマ支援型化学気相堆積プロセス中、処理ガスが、半導体基板、すなわち基板を収容しているチャンバに導入される。基板は、プロセスキットに囲まれた基板支持体の上に支持され、保持される。プロセスキットは、半導体基板上のガスの分布の制御を助ける。プラズマが形成されると、プロセスガスが基板と反応し、所望の材料層を堆積させる。このプロセス中、チャンバの内壁、基板支持体、及びプロセスキットは、前述の残留物、パーティクル、又は汚染物質の影響を受ける。
残留物の除去は、通常、クリーニング剤を利用して行なうことができ、このクリーニング剤は、チャンバに、チャンバの壁に取り付けられるクリーニング装置から流し込まれる。このクリーニング装置は、クリーニング剤（例えば、フッ素）を収容する容器を備える。このクリーニング剤を使用して、チャンバ内壁及び基板支持装置から不所望の残留物をエッチングする。
クリーニング剤は、リモートプラズマ源からのプラズマとして処理チャンバに供給することができる。更に別の電源を追加すると、処理及び装置の複雑さが増すだけでなく、プロセスの全てと、堆積及びクリーニングのような複数のプロセスを実行する処理チャンバに接続される電源とに対する効果的な電力制御が制限されてしまう。
したがって、この技術分野においては、電力印加を更に効果的に制御し、かつ電力印加及び装置を更に効率的に使用する装置及びプロセスに対する受容が存在する。
材料を基板に堆積させ、プロセスチャンバをクリーニングする装置及び方法が提供される。一実施形態では基板を処理する装置が提供され、この装置は、電源と、前記電源に接続された切り替えボックスであって、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、切り替えボックスに接続された第１マッチングボックスと、第１マッチングボックスに接続されたプラズマジェネレータと、切り替えボックスに接続された第２マッチングボックスと、第２マッチングボックスに接続されたリモートプラズマ源とを含んでいる。
別の実施形態では基板を処理するための装置が提供され、この装置は、ドーム部を有するチャンバボディと、チャンバボディに配置されるプラズマジェネレータと、チャンバボディに配置されるリモートプラズマ源と、プラズマジェネレータ及びリモートプラズマ源に接続される切り替えボックスであって、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、切り替えボックスに接続される第１電源とを含んでいる。
別の実施形態では、基板を処理し、チャンバを処理する方法が提供され、この方法は、基板を処理チャンバ内に配置する工程であって、この処理チャンバが、チャンバボディと、チャンバボディに配置されるプラズマ発生源と、チャンバボディに配置されるリモートプラズマ源と、プラズマ発生源及びリモートプラズマ源に接続される第１及び第２切り替え位置を有する切り替えボックスと、切り替えボックスに接続される第１電源とを含んでいる工程と、第１切り替え位置にあるスイッチを介して、第１電源からプラズマジェネレータの一部に電力を印加する工程と、第１処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、第１処理ガスの第１プラズマをチャンバ内で生成する工程と、第２切り替え位置にあるスイッチを介して、第１電源からリモートプラズマ源に電力を印加する工程と、第２処理ガスをリモートプラズマ源内に供給する工程と、第２処理ガスの第２プラズマをリモートプラズマ源内で生成する工程と、第２処理ガスをチャンバボディに供給する工程とを含む。
別の実施形態では基板を処理する装置が提供され、この装置は、パワージェネレータと、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、切り替えボックスに接続された第１の一体型マッチングボックスと、第１の一体型マッチングボックスに接続された高密度プラズマ発生源と、切り替えボックスに接続された第２の一体型マッチングボックスと、第２の一体型マッチングボックスに接続されたリモートプラズマ源とを備える。
別の実施形態では、基板を処理し、チャンバを処理する方法が提供され、この方法は、基板を処理チャンバ内に配置する工程と、第１切り替え位置にあるスイッチを介してパワージェネレータから高密度プラズマ発生源に電力を印加する工程と、第１処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、第１処理ガスのプラズマをチャンバ内で生成する工程と、プラズマ支援化学気相堆積プロセスをチャンバ内で実行する工程と、第２切り替え位置にあるスイッチを介してパワージェネレータからリモートプラズマ源に電力を印加する工程と、第２処理ガスをリモートプラズマ源内に供給する工程と、第２処理ガスのプラズマをリモートプラズマ源内で生成する工程と、プラズマをチャンバに供給する工程とを含む。
本発明に関して上に列挙した特徴が実現する過程を詳細に理解することができるように、上に簡単に要約した本発明に関する更に詳細な説明を、添付図面に幾つかが示された実施形態を参照して行う。しかしながら、添付図面は本発明の代表的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は他の同様に効果的な実施形態を包含し得る。
分かり易く示すため、複数の図に共通する同じ構成要素を指すために同じ参照番号を出来る限り使用した。有利なことに、特に断らなくとも、一実施形態の構成要素及び特徴は、他の実施形態に組み込むことができる。
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明は他の同様に効果的な実施形態を包含し得る。
本発明の実施形態は、処理チャンバ内で基板上に材料を堆積させ、堆積プロセス前又は後に処理チャンバをクリーニングすることができる装置のための方法を提供する。この装置は、処理チャンバ内でコイルを利用して行なわれる高密度プラズマ堆積のようなプラズマ堆積に用いる電源と、クリーニングガスプラズマをチャンバに供給するリモートプラズマ源とを含む。両方の構成部品の少なくとも一部に用いられる電源は、切り替えボックスにより制御することができる。これらの電源及び切り替えボックスを使用することにより、堆積及びクリーニング電力の印加に対する制御、及び電力精度を向上させることができ、かつ装置の複雑さを低減することができる。
一実施形態では、基板を処理するための装置であって、電源と、第１位置と第２位置とを相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスとを含む装置が提供される。プラズマジェネレータ及びリモートプラズマ源は電源に接続されている。一体型の第１マッチングボックスは切り替えボックスに接続され、高密度プラズマ発生源のようなプラズマジェネレータは一体型の第１マッチングボックスに接続される。一体型の第２マッチングボックスは切り替えボックスに接続され、リモートプラズマ源は一体型の第２マッチングボックスに接続される。
図１は、本発明の実施に適した処理チャンバの一実施形態の模式側面図を示している。処理チャンバ１００を利用して、本発明の一実施形態によるプラズマ堆積及びプラズマクリーニングプロセスを実行することができる。装置及び方法を実行するときに用いることができる適切なプロセスチャンバは、ＵＬＴＩＭＡ（登録商標） Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＨＤＯＰ−ＣＶＤ）システム、及びＰＲＯＤＵＣＥＲ ＳＥＴＭ処理チャンバ及びＰＲＯＤＵＣＥＲ ＧＴＴＭ処理チャンバのようなＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）シリーズの化学気相堆積処理チャンバ及びシステムを含み、これらの製品の全ては、カリフォルニア州サンタクララ市にあるアプライドマテリアルズ社から市販されている。本明細書に記載される方法は、他の製造業者から入手可能なものを含む適切に適合させた他のプラズマリアクタにおいて実行することができる。処理チャンバ１００は、アプライドマテリアルズ社から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）処理プラットフォームのような半導体基板処理プラットフォームに接続される多数の基板処理システムのうちの一つとすることができる。
電源及び切り替えボックス用の以下の装置は、化学気相堆積を行なう高密度プラズマ発生源に関して説明されるが、この装置は、ＣＶＤ誘電体堆積プロセス、金属堆積プロセス、及び原子層堆積プロセスを実行する装置において使用することができる。
処理チャンバ１００は、普通、チャンバボディ１０２と、チャンバボディ１０２に配置されるリモートプラズマ源１１０（ＲＰＳ又はＲＰＳプラズマ源）とを備える。詳細には、チャンバボディ１０２は、側壁１０４と、底部１０６と、基板処理を実行する排気可能チャンバを画定するドーム１０８とを含む。ドーム１０８は、セラミック、石英などの誘電体材料により作製される。処理チャンバ１００は半導体基板支持体１１２を含み、この半導体基板支持体１１２は、チャック１１４と、第１電源又は第１パワージェネレータ１１８に接続される電極１１６とを有する。基板１２１は、チャック１１４の上面に、この技術分野で既知の静電吸着法、真空吸着法などの吸着法を利用して保持される。
処理ガスは、一つ以上の外部処理ガス供給ポート１２０ａ、１２０ｂを介して外部処理ガス源（図示せず）からチャンバボディ１０２内に導入される。堆積ガスは、処理チャンバ１００の周辺の周りに配置することができ、かつチャンバ側壁１０４に基板支持体１１２から垂直方向に離れて配置できるポート１２０ａを介して導入することができる。クリーニングガスは、ドームポート１２０ｂを介して、外部処理ガス源（図示せず）から処理チャンバ１００内に導入することができる。別の構成として、堆積ガス及びクリーニングガスは、それぞれポート１２０ａ及び１２０ｂのうちの一つ以上のポートを介して処理チャンバ１００内に導入することができる。
チャンバボディ１０２の外部の第２電源又はパワージェネレータ１１９は、処理チャンバ１００の処理チャンバボディ１０２のドーム１０８の上に配置された（ドームの頂部に配置された）第１の複数のコイル１３０（高密度プラズマジェネレータ又は高密度プラズマ発生源）に、別の構成では処理チャンバ１００の処理チャンバボディ１０２のドーム１０８を囲む（ドームの側面に沿って配置される）第２の複数のコイル１４０（高密度プラズマジェネレータ又は高密度プラズマ発生源）に、ＲＦ電力を供給する。コイル１３０及びコイル１４０の両方に電力を印加することにより、注入されたガスの近くに電界が形成され、この電力を使用して高密度プラズマを発生させることができる。
第２電源１１９は、切り替えボックス１３５を介してコイル１３０に電気的に接続される。一体型の固定マッチングボックスのようなマッチングボックス１３７は、コイル１３０と切り替えボックス１３５との間に配置することができる。第３電源１２９はコイル１４０に接続することができる。一体型の固定マッチングボックスのようなマッチングボックス１４７は、第３電源１２９とコイル１４０との間に配置することができる。図示しないが、第２切り替えボックスは、マッチングボックス１４７の手前で第３電源に接続してもよい。第２切り替えボックスは、本明細書において説明される切り替えボックス１３５に関して記載したものと同じ構造とすることができる。別の構成として、第２電源１１９は、切り替えボックス１３５を介してコイル１４０に電気的に接続される。
コイル１３０及び１４０には、同じ電力及び周波数を供給することができる。コイル１３０及び１４０には、個別に電力及び周波数を供給してもよい。電力は、同じ電力量又は異なる電力量でそれぞれのコイル１３０、１４０に供給してもよい。例えば、第２電源１１９は、１０ｋＷの電力量及び１．９ＭＨｚの周波数でコイル１３０に電力を供給することができ、第３電源１２９は、１０ｋＷの電力量及び２．１ＭＨｚの周波数でコイル１４０に電力を供給することができる。別の実施例では、第２電源１１９は、１０ｋＷの電力量及び１．９又は２．１ＭＨｚの周波数でコイル１３０に電力を供給することができ、第３電源１２９は、１０ｋＷの電力量及び１．９又は２．１ＭＨｚの周波数でコイル１４０に電力を供給することができる。
第２電源（ＲＦプラズマ電源）１１９はコイル１３０に接続され、これらのコイル１３０は、処理領域１７０を含むドーナツ状の第１閉経路を流れる循環プラズマ電流を生成する。ＲＦ電源の第３電源１２９（又は別の構成として、第２電源１１９）は、コイル１４０に接続することができ、これらのコイル１４０は、ドーナツ状の第１経路と交差する（例えば、直交する）ドーナツ状の第２閉経路を流れる循環プラズマ電流を生成する。これらの経路の各々を流れるプラズマ電流は、それぞれのＲＦパワージェネレータの周波数で振動する（例えば、逆方向に）。コイル１３０及び１４０により発生する電界によってガスが励起されて、高密度プラズマのようなプラズマ状態になる。励起されたプロセスガスは、半導体基板１２１と反応して所望のコーティング及び膜（すなわち、酸化シリコン）を形成する。ＣＶＤプロセスが完了すると、余剰プロセスガス及び副生成ガスは、処理チャンバ１００から、外部排気ポンプ（図示せず）に接続された排気ポート１６０を介して排気される。
処理チャンバ１００のこれらの電源の別の実施形態では、第２電源１１９は、コイル１３０、１４０に、単一の切り替えボックス１３５及び一体型のマッチングボックス１３７を介して電気的に接続される。第２電源（ＲＦプラズマ電源）１１９はコイル１３０に接続され、これらのコイル１３０は、処理領域１７０を含むドーナツ状の第１閉経路を流れる循環プラズマ電流を生成し、ＲＦ電源の第２電源１１９はコイル１４０に接続することができ、これらのコイル１４０は、ドーナツ状の第１経路と交差する（例えば、直交する）ドーナツ状の第２閉経路を流れる循環プラズマ電流を生成する。経路の各々を流れるプラズマ電流は、第２電源１１９の周波数で振動する（例えば、逆方向に）。コイル１３０及び１４０により発生する電界によってガスが励起されて、高密度プラズマのようなプラズマ状態になる。励起プロセスガスは半導体基板１２１と反応して所望のコーティング及び膜（すなわち、酸化シリコン）を形成する。ＣＶＤプロセスが完了すると、余剰のプロセスガス及び副生成ガスは、処理チャンバ１００から、外部排気ポンプ（図示せず）に接続された排気ポート１６０を介して排気される。
図３は、切り替えボックス１３５の一実施形態を示している。スイッチ１３３は普通ダブルスロースイッチである。この技術分野の当業者であれば、このような接続は、例えば２つのシングルスロースイッチなどを使用して行なうことができることが理解できるであろう。切り替えボックスは、本明細書に記載されるような周波数帯域又は範囲を持つ２ＭＨｚのＨＤＰ電源発生装置とすることができる第２電源１１９のような電源から、切り替えボックスのスイッチ１３３が第１位置１３３ａにあるときにはコイル１３０及び／又は１４０に、スイッチが第２位置１３３ｂにあるときにはリモートプラズマ源１１０に、電力を供給する。
コイル１３０及び１４０が別々の電源を有する場合、本明細書において記載される切り替えボックス１３５は、第２電源１１９及び第３電源１２９の各電源に対応して使用することができる。更に、処理チャンバ１００の構造要件では、第２電源１１９及び第３電源１２９のうちの一方のみを切り替えボックス１３５に、他方の電源を切り替えボックスに接続していない状態で接続するだけでよい。別の構成として、単一の電源を使用してコイル１３０及び１４０の両方に電力を供給する場合、単一の切り替えボックス１３５をコイル１３０及び１４０の両方に接続すればよい。
スイッチ１３３が第１位置１３３ａに設定される場合、処理チャンバ１００は、高密度プラズマ堆積プロセスのような第１プラズマプロセスを実行するように構成される。このようなプロセスの間は、プロセスガスがチャンバに供給され、第２電源１１９によってプロセスガスが励起されて、プロセス領域１７０において高密度プラズマとなる。別々の電源をコイル１３０及び１４０に使用する実施形態では、コイル１４０に接続された第３電源１２９が更に設けられることにより、高密度プラズマが形成される。
スイッチ１３３が第２位置１３３ｂに設定される場合、処理チャンバ１００は、クリーニングプロセスのような第２プラズマプロセスを実行するように構成される。クリーニングプロセスの間は、クリーニングガスがリモートプラズマ源１１０を介してチャンバに供給され、第２電源１１９からＲＦ電力がリモートプラズマ源に印加され、クリーニングガスが励起されてプロセス領域１７０でプラズマになる。基板１２１は、クリーニングプロセスを開始する前に取り出すことが好ましい。
スイッチ１３３は、一つ以上の更に別の位置（図示せず）を有することにより、更に別の電力印加部に接続することもできる。例えば、処理チャンバ１００は、更に別のＲＦ電力印加部を有することができ、このＲＦ電力印加部は、コイル１３０、１４０、及びリモートプラズマ源１１０とは別個の電力を供給することができる。リモートプラズマ源１１０に電力を供給する位置の他に、更に別の複数の位置から別の電力供給操作を行なうことができ、例えば一つの位置からコイル１３０に電力を供給し、別の位置からコイル１４０に電力を供給し、第３の位置からコイル１３０及びコイル１４０の両方に電力を供給することができる。
本装置の一実施形態では、コイル１３０、１４０又はリモートプラズマ源１１０に電力が供給されるとき、他方の部品には電力は供給されない。切り替えボックスを使用する一つの電力印加形態では、電力が第２電源１１９によってコイル１３０及び／又はコイル１４０に供給されるとき、リモートプラズマ源１１０に電力は供給されない。例えば、第２位置１３３ｂでは、電気接続は図５に示す通りである。逆に、電力がリモートプラズマ源１１０に印加されるとき、電力はコイル１３０及び／又は１４０には供給されない。
コイル１３０及びコイル１４０に別々の電源を使用する実施形態では、単一の切り替えボックス１３５を使用して、第２電源１１９からコイル１３０に電力を印加し、切り替えボックス１３５に接続されない第３電源１２９から別の電力をコイル１４０に、電力がリモートプラズマ源１１０に印加されないときに供給することができ、次いで、電力がリモートプラズマ源に印加され、かつ電力がコイル１３０に印加されないようにスイッチが位置しているとき、別の第３電源からコイルに供給される電力を停止することができる。
性能を高めるには、位置１３３ａ、１３３ｂのための接点への接続線は、最小のインピーダンス及び長さの導体（例えば、ワイヤ、同軸ケーブルなど）を使用して提供される。スイッチ１３３は、手動で作動させることができるか、又は別の構成として、例えばプロセスチャンバコントローラにより制御されるアクチュエータ（例えば、ソレノイド、リニアモータなど）によって作動させることができる。適切な切り替えボックスとして、カリフォルニア州サンホセ市にあるＪｅｎｎｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．が提供する真空電源切り替えボックスを挙げることができる。
適切なマッチングボックスとして、ニューヨーク州ハンティントンステーションにあるＡｍｅｒｉｃａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓが提供するセラミックコンデンサ、及びカリフォルニア州サンホセ市にあるＪｅｎｎｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．が提供する真空可変コンデンサを挙げることができる。マッチングボックスが設けられてＲＦ整合器（整合回路又はチューナとも表記される）を調整し、ＲＦ整合器はプロセスチャンバの複素インピーダンスを、ＲＦジェネレータが必要とする抵抗に変換する。マッチングボックスは、通常、高密度プラズマ発生源及びリモートプラズマ源を有するか、又は高密度プラズマ発生源及びリモートプラズマ源に接続される一体型のマッチングボックスである。マッチングボックスは、処理チャンバ１００の一つ以上の電源を調整するように設計することができ、例えば一つの共通マッチングボックス又はマルチマッチングボックスシステムが、第２電源１１９及び第３電源１２９の両方に接続されてもよい。
第２電源又はパワージェネレータ１１９は、チャンバ構成部品に接続されるＡＣ電源とすることができる。ＡＣ電源は、例えば２０ｋＷを最大電力とする１キロワット（ｋＷ）〜１０キロワット（ｋＷ）の電源を供給することができ、例えば処理システムは、通常、２００ｍｍ径ウェハを処理する場合に約８ｋＷの電力を消費することができる。実施するプロセスの種類、及び基板のサイズに応じて、これよりも小さいか又は大きい電力量が適切となり得ることを理解されたい。
ＡＣ電源は、約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの種々の周波数（周波数帯域）で、例えば約３００ｋＨｚ、約４００ｋＨｚ、約８００ｋＨｚ、約１．９ＭＨｚ〜約２．１ＭＨｚ、約１０ＭＨｚ、及び／又は約１３．５ＭＨｚの周波数で、プラズマシステムの構成部品が適切に設計された状態で動作することができる。第２電源１１９は、＋／−１０％未満の周波数掃引を行ない、＋／−５０％の周波数微調整を行なって、それぞれのプラズマとの電力整合を取る自動チューニング機能を有することができる。このような周波数チューニングは、構成部品及びプラズマ負荷のバラツキの影響を補正し、通常、マッチングボックスにより制御される。第２電源の一つの例が、一の周波数帯域を有する２ＭＨｚのＨＤＰ電源発生装置である。
第２電源１１９は、チャンバ構造に直に取り付けることができるので、コイル１３０、１４０、又はリモートプラズマ源１１０、及び関連の電磁放射源に通ずるリード線が長くなるのを回避することができるのみならず、リード線が長くなることに起因する負荷のバラツキを低減することができる。各コイル及び生成されたプラズマがトランス回路を構成し、このトランス回路は、ドーナツ状のトランスプラズマ源として、動作時に処理チャンバの内部で動作する。トランスの１次回路がコイルであり、この場合、プラズマがトランスの２次回路として働く。
チャンバボディ１０２は、導電材料により作製することができるので、トランスプラズマ源により発生する放射電波のシールドとして働く。その理由は、各トランスプラズマ源が処理チャンバ内に収まるからである。これにより、システムからの不所望の放射が低減するだけでなく、チャンバボディが導電材料により作製されない場合には許容できない強度の放射雑音電波を発生させるような周波数でも第２電源１１９が動作できる。このような実施形態では、電源からチャンバに達する、シールドされたリード線を設けることが望ましい。トランスプラズマ源を効果的に結合させることにより、約５００ｍＴｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒのような広範囲の圧力に亘ってプラズマを発生させることもでき、広範囲の種類の前駆体ガスからプラズマを発生させることができる。
第１電源１１８、及び任意のバイアス整合回路（図示せず）を含むバイアスシステム１５０は、基板支持体１１２に接続される。このバイアスシステムは、基板支持体１１２、すなわち基板を、共通グランド（図示せず）を介してチャンバの導電性（接地）内側表面に容量結合させる。バイアスシステムは、プラズマによって発生するプラズマ種（例えば、反応イオン又は他のパーティクル）が、プラズマ種が付勢され、基板表面に向かって駆動されて基板表面に堆積するか又は基板表面をスパッタするとき、基板１２１の表面に輸送されるのを助けるように動作する。
第１電源はＡＣ電源とすることができ、このＡＣ電源は、例えば２０ｋＷを最大電力とする１キロワット（ｋＷ）〜１０キロワット（ｋＷ）の電源を供給することができ、例えば処理システムは通常、３００ｍｍ径ウェハを処理する場合に約６〜約８ｋＷの電力を消費する。実施するプロセスの種類、及び基板のサイズに応じて、これよりも小さい又は大きい電力量が適切となり得ることを理解されたい。第１電源は、約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの一つ以上の周波数で、例えば約３００ｋＨｚ、約４００ｋＨｚ、約８００ｋＨｚ、約１．９ＭＨｚ〜約２．１ＭＨｚ、約１０ＭＨｚ、約１３．５ＭＨｚの周波数で、プラズマシステムの構成部品が適切に設計された状態で動作することができる。第１電源は、１０ｋＷの電力及び１３．５６ＭＨｚの周波数で基板支持体１１２にバイアス電力を供給することができる。
リモートプラズマ源１１０は、チャンバの上に配置され、処理チャンバ１００にポート１２０ｂを介して流体接続される。第２電源１１９は、切り替えボックス１３５、及び一体型の固定マッチングボックスのような一体型マッチングボックス１３９を介してリモートプラズマ源１１０に電気的に接続される。リモートプラズマ源１１０は、任意のリモートプラズマクリーニングシステムとして動作して、チャンバ構成部品から定期的に堆積残留物をクリーニング除去する。このクリーニングシステムはリモートＲＦプラズマジェネレータを含み、このリモートＲＦプラズマジェネレータは、リアクタキャビティ内において、フッ素含有化合物、例えば分子状フッ素、三フッ化窒素、他のフッ化炭素、又は同様の化合物のようなクリーニングガス源からプラズマを生成する。このプラズマから生成される反応種をポート１２０ｂを介してチャンバ内部に導入する。
図４は、マルチコアトランス結合プラズマジェネレータとも呼ばれるリモートプラズマ源１１０の一実施形態の簡略断面斜視図である。このジェネレータは、プラズマ前駆体を受ける導入口４４２と、堆積チャンバクリーニングプロセスのようなプラズマプロセスにプラズマを供給する排出口４４４とを有する。これらの記号表示は、例示ののみを目的として使用され、実際の流れは、幾つかの用途では逆にしてもよい。このジェネレータは、ドーナツ状の各プラズマ発生段を取り囲む外側シェル４４６と、ドーナツ状のトランスコア４５０、４５１、４５２を取り囲む内側シェル４４５、４４７、４４９とを有する。これらのシェルは、非導電性ギャップ又は誘電体スペーサ４５４、４５５、４５６が設けられて渦電流が防止されている場合、金属により作製することができる。誘電体スペーサは、コアの周囲の複数の異なる位置に設けることができる。ウェブ４５７は、プラズマジェネレータの外側シェル４４６の内部の発生段を支持しながら、各コアの周りにガス及びプラズマを流すことができる。
各コアの周りの１次コイル（図示せず）は、電磁エネルギーをプラズマジェネレータに結合させる。電気リード線（図示せず）は、通常、コアからウェブを介して外側シェルの外へ延びる。内側シェル４４７の底部４５８は、内側シェルの周りでプラズマが対称に流れることを促す形状に形成される。プラズマが発生している状態でＡＣ電流がプラズマジェネレータに供給される場合、プラズマは、ドーナツ状の各プラズマ発生段（すなわち、各コア、１次コイル、及び内側シェル）の中心を通って前後に移動する。各段がドーナツ状の構造であることによって、ジェネレータの中心で大きく、通常内側シェルを越えて延在するプラズマ密度分布が形成される。別の表現をすると、プラズマジェネレータがドーナツ状であることによって、指向性のあるプラズマ、特にプラズマ高濃度部がコアの中心軸に沿って延びるプラズマが形成される。このような指向性は、イオン注入源又はイオンミリングのような幾つかの用途において、又はプラズマトーチの用途において、所望の属性となり得る。
別の構成として、図２は、本発明の別の実施形態によるプラズマジェネレータの一部の簡略断面斜視図である。図２のプラズマジェネレータは、プラズマトーチヘッドとしても知られている。
トーチヘッド２００は、外側ノズル２０２と、内側ノズル２０４とを含む。プラズマを形成するガスは、トーチヘッドの導入口側２０６から流入し、プラズマ及びガスが排出口２０８から流出する。内側ノズル２０４は、トランス結合プラズマジェネレータのドーナツ状コア２１０を含む。１次コイル（図示せず）は、ＡＣ電源（図示せず）からの電磁エネルギーを結合する。更に別のコア及び１次コイルを、導管の中心軸に沿って積層して、プラズマの指向性を高めることができる。この実施形態では、コアは、長辺２０９が導管に平行な略半円形の断面２１１を有する。１次コイルのリード線（図示せず）は、上述の図４の参照番号４５７を参照して説明したように、ウェブを介して引き出すことができる。内側ノズルは更に、上側シェル２１２と、誘電体スペーサ２１３と、下すぼみ形状部分２１４とを含む。導管２１６は、内側ノズルを貫通して延在する。上側シェル及び下すぼみ形状部分は、アルミニウム合金のような適切な金属合金により作製される。
概して、高密度プラズマは、導管２１６内の、コア２１０に近接する部分に形成され、この場合、プラズマ電流の戻り経路が迂回路２１８を通っている。電気アーク放電イニシエータ又は高周波平行平板放電イニシエータのようなプラズマイニシエータを幾つかの用途において使用して、プラズマの初期形成を促進することができる。プラズマ放電が始まると、ドーナツ状のトランス結合プラズマジェネレータは、圧力（例えば、１ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ）及び流量のような広範囲の動作条件に亘ってプラズマを維持することができる。
迂回路２１８には、導管２１６を流れることがない別のガス流が流れるようにすることができる。このガス流は、多くの目的に利用することができる。このガス流によって、内側ノズルを冷却することができ、プラズマを排出口２０８から大量に流出させることができ、プラズマを薄くして再結合を減らすことができる。一実施形態では、別のガス、例えばプロパン又は水素を、迂回路に流すとともに、別のガス、例えば酸素を導管に流す。別の実施形態では、導管及び迂回路に同じガスを通す。いくらかのプラズマが導管だけでなく迂回路に存在することにより、副流路がトランスコアの周りに完成する。外側ノズルの傾斜形状によって、排出口２０８から流出するプラズマ及びキャリアガスの速度及び濃度を大きくすることができる。コア２１０の周りの極方向のプラズマ流によって、ノズルの中心軸に沿って高密度プラズマを延在させることができる。プラズマのこのような指向性は、ガス流と連携して、プラズマを、導管の中心線上に位置するトーチヘッド２００の排出口２０８に効率的に供給する。マルチコアトランス結合プラズマジェネレータ及びプラズマトーチヘッドは、２００４年６月２９に発行された米国特許第６７５５１５０号に更に完全な形で記載されており、この特許文献は、本明細書において参照することにより、本明細書及び請求の範囲と矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。
トーチヘッド内でドーナツ状のトランス結合プラズマジェネレータを使用することにより、従来のアーク放電型プラズマトーチヘッドよりも優れた幾つかの利点がもたらされる。第１に、アーク放電型プラズマジェネレータは、通常、数百ボルトで作動し、この数百ボルトは、オペレータがこの電圧に触れると致命傷となり得る。アーク電極は、通常、使用中にオペレータが操作することができないが、給電されている露出電極、又は高電圧絶縁体の不良は、致命的な電気ショックの危険をはらんでいる。これとは異なり、ドーナツ状のトランス結合プラズマジェネレータの電気部品は、完全に外郭で包囲されるようにすることができ、トーチヘッドが稼働している間ですら、非常に安定な作動状態を維持することができる。
第２に、ＡＣ電源は、簡単なステップアップ／ステップダウントランスとすることができ、幾つかの用途では、商用電源の周波数（例えば、６０Ｈｚ）で作動することができる。
第３に、従来のアーク放電型電極は、プラズマ及びプラズマ前駆体に曝され、電極腐食又は電極汚染を生じる場合が多い。電極の腐食は、通常、アーク放電のために望ましい高電圧勾配を発生させることが一般に望ましいとされる電極部分に最大の腐食が生じることにより悪化する。ドーナツ状のトランス結合プラズマジェネレータは、表面積の比較的大きな、コアを取り囲むカバーを有するので、高強度の電界線がカバーの表面を横断するのをほぼ防止することができる。同様に、ドーナツ状のコアにより発生する極方向のプラズマ束は、カバーの表面に略平行に延びるので、コアへのスパッタリングダメージ又は同様のダメージがほとんど無くなる。
第４に、アーク放電発生器は、圧力及び流れの影響を比較的受け易く、かつ適切な安定作動条件が設定されない場合に不安定になるか、又は作動しなくなるが、トランス結合プラズマジェネレータは、広範囲の圧力及び流量に亘って作動することができる。
作動状態では、プラズマ前駆体は、プラズマトーチヘッドの導入口端から排出口端に向かって、内側ノズルの中心を通過する導管を通って流れる。内側ノズルは、ドーナツ状のプラズマジェネレータを含み、このプラズマジェネレータは、前駆体をイオン化して中心導管内にプラズマを形成する。キャリアガスは、内側ノズルの外側表面と外側ノズルの内側表面との間に形成される外側通路を通って流れて、内側ノズルを冷却し、内側ノズル内に形成されるプラズマの排出口からの流出を促進する。提示された順番は例示に過ぎず、工程は他の順番で行なうことができ、例えばキャリアガス流は、プラズマ前駆体を流す前に又は流すのと同時に、流し始めることができる。
図１Ａに戻ってこの図を参照するに、堆積／クリーニングプロセスは、基板を処理チャンバ内に配置し、第１位置にあるスイッチを介してパワージェネレータから高密度プラズマ発生源に電力を印加し、チャンバ内に処理ガスを供給し、チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、チャンバ内でプラズマ支援化学気相堆積プロセスを実行し、第２位置にあるスイッチを介してパワージェネレータからリモートプラズマ源に電力を印加し、処理ガスをリモートプラズマ源内に供給し、処理ガスのプラズマをリモートプラズマ源内で生成し、チャンバにプラズマを供給することにより行なうことができる。
プロセスガス源（図示せず）から供給されるガス化合物を含む堆積プロセスガスは、ポート１２０ａを通ってプロセス領域１７０に導入される。堆積ガスは、材料前駆体のような材料ソースガス、例えばシラン、アンモニア及び／又は酸素ガスのようなドーパント前駆体、及び任意であるが、アルゴンのようなキャリアガスを含む。スイッチ、及び結果としてのコイル１３０、１４０への電力印加は、切り替えボックスの第１位置に配置／実行されて、堆積プロセスが行なわれる。
プロセスガス源（図示せず）から供給されるガス化合物を含むクリーニングプロセスガスは、ポート１２０ｂからプロセス領域１７０に導入される。クリーニングガスは、Ｏ２、Ｃ２Ｆ５Ｈ、Ｆ２、ＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、又はＳＦ６のような酸素含有ガス又はフッ素含有ガス、及びこれらのガスの組み合わせ、並びに任意であるが、アルゴンのようなキャリアガスを含むことができる。スイッチ、及びリモートプラズマ源１１０への電力印加は、切り替えボックスの第２位置に配置／実行されてクリーニングプロセスが行なわれる。
上記の説明は、本発明の実施形態に関して為されているが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を、本発明の基本的範囲から逸脱せずに想到することが可能であり、本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。
Claims (15)
- 基板を処理する装置であって、
電源と、
前記電源に接続された切り替えボックスであって、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、
前記切り替えボックスに接続された第１マッチングボックスと、
前記第１マッチングボックスに接続されたプラズマジェネレータと、
前記切り替えボックスに接続された第２マッチングボックスと、
前記第２マッチングボックスに接続されたリモートプラズマ源と
を備える装置。 - 前記電源が、約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの一つ以上の周波数で動作するＡＣ電源である、請求項１に記載の装置。
- 前記電源が約１キロワット〜約１１キロワットの電力をプラズマ発生源に印加し、前記電源が約１キロワット〜約１１キロワットの電力をリモートプラズマ源に印加する、請求項１に記載の装置。
- 基板を処理する装置であって、
ドーム部を有するチャンバボディと、
前記チャンバボディに配置されるプラズマジェネレータと、
前記チャンバボディに配置されるリモートプラズマ源と、
前記プラズマジェネレータ及び前記リモートプラズマ源に接続された切り替えボックスであって、第１位置と第２位置との間で相互に切り替え可能なスイッチを有する切り替えボックスと、
前記切り替えボックスに接続された第１電源と
を備える装置。 - 前記プラズマジェネレータが、前記ドーム部の上部に配置された第１の複数のコイルと、前記ドーム部の側部に配置された第２の複数のコイルとを含む、請求項４に記載の装置。
- 前記スイッチが前記第１位置にあるとき、前記第１電源が前記第１の複数のコイルに電気的に接続される、請求項５に記載の装置。
- 前記第２の複数のコイルに接続される第２電源を更に備える、請求項５に記載の装置。
- 前記第１電源が、約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの一つ以上の周波数で動作するＡＣ電源であり、前記第２電源が、約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの一つ以上の周波数で動作するＡＣ電源である、請求項４に記載の装置。
- 前記スイッチが前記第２位置にあるとき、前記第１電源が、コイルから成るリモートプラズマ発生源に電気的に接続される、請求項５に記載の装置。
- 前記切り替えボックスと前記プラズマジェネレータの一部との間に配置される第１マッチングボックスと、前記切り替えボックスと前記リモートプラズマ源との間に配置される第２マッチングボックスとを更に備える、請求項４に記載の装置。
- 基板を処理し、チャンバを処理する方法であって、基板を処理チャンバ内に配置する工程であって、前記処理チャンバが、
チャンバボディと、
前記チャンバボディに配置されたプラズマ発生源と、
前記チャンバボディに配置されたリモートプラズマ源と、
前記プラズマ発生源及び前記リモートプラズマ源に接続された、第１及び第２切り替え位置を有する切り替えボックスと、
前記切り替えボックスに接続された第１電源と
を含む工程と、
前記第１切り替え位置にあるスイッチを介して、前記第１電源から前記プラズマジェネレータの一部に電力を印加する工程と、
第１処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
前記第１処理ガスの第１プラズマを前記チャンバ内で生成する工程と、
前記第２切り替え位置にあるスイッチを介して、前記第１電源からリモートプラズマ源に電力を印加する工程と、
第２処理ガスを前記リモートプラズマ源内に供給する工程と、
前記第２処理ガスの第２プラズマを前記リモートプラズマ源内で生成する工程と、
前記第２処理ガスを前記チャンバボディに供給する工程と
を含む方法。 - 前記第１電源が約３００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの一つ以上の周波数で動作するＡＣ電源である、請求項１１に記載の方法。
- 前記第１電源が約１キロワット〜約１１キロワットの電力をプラズマジェネレータに供給するか、又は前記電源が約１キロワット〜約１１キロワットの電力をリモートプラズマ源に供給する、請求項１２に記載の方法。
- 前記プラズマジェネレータが、ドーム部の上部に配置される第１の複数のコイルと、前記ドーム部の側部に配置される第２の複数のコイルとを含む、請求項１１に記載の方法。
- 更に、前記第２の複数のコイルに接続される第２電源を含む、請求項１４に記載の方法。
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