JP2018117137A - プレクリーニングチャンバおよび半導体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャンバ本体21、上カバー22および搬送ユニットを含むプレクリーニングチャンバからなる半導体処理装置であり、上カバーはチャンバ本体の上に配置され、搬送ユニット23は、チャンバ本体の内部において底部付近の位置に配置され、ウエハを搬送するように構成される。イオンフィルタリングユニットが、チャンバ本体の内部において搬送ユニットの上方に配置される。プラズマがイオンフィルタリングユニットの上側から搬送ユニットの方に移動するとプラズマ中のイオンをフィルタリングする。
【選択図】図2A
Description
本発明は半導体装置の製造分野に関し、特に、プレクリーニングチャンバおよび半導体
処理装置に関する。
半導体処理装置は、現在の半導体集積回路、太陽電池、フラットパネルディスプレイな
どにおける製造プロセスにおいて広く用いられている。産業界において広く用いられてい
る半導体処理装置は、DC放電タイプ、容量結合プラズマ(CCP:capacitively coupl
ing plasma)タイプ、誘導結合プラズマ(ICP:inductively coupling plasma)タイ
プおよび電子サイクロトロン共鳴(ECR:electron cyclotron resonance)タイプなど
のタイプに分類される。これらのタイプの半導体処理装置は、現在、堆積プロセス、エッ
チングプロセスおよびクリーニングプロセスにおいて用いられている。
該ウエハの表面上の酸化物などの不純物を除去するように、最初にプレクリーニングされ
る(プレクリーン)。プレクリーニングチャンバの基本原理は以下のとおりである。プレ
クリーニングチャンバに投入されるアルゴン、ヘリウムまたは水素などのクリーニングガ
スを励磁して、プラズマを生成し、ウエハ上において化学反応および物理的衝撃を引起し
、ウエハの表面上の不純物を除去するようにする。
1に示されるように、プレクリーニングチャンバは、側壁1、底壁2および上カバー9に
よって構成される。ウエハを搬送するための基台4は、第1の整合装置7と第1の無線周
波数電源8とに順に接続されるように、プレクリーニングチャンバの底に配置される。上
カバー9は、(セラミックまたは石英などの)絶縁材料で作られたドーム構造をしている
。ソレノイドコイルであるコイル3が上カバー9上方に設けられ、コイルの巻線によって
形成されるリングの外径は側壁1の外径に対応し、コイル3は、第2の整合装置5と第2
の無線周波数電源6とに順に接続される。プレクリーニングプロセス中に、第2の無線周
波数電源6がオンにされて、チャンバ内の気体を励磁してプラズマを生成し、同時に、第
1の無線周波数電源8がオンにされて、プラズマ中のイオンを誘引して、ウエハ上の不純
物に衝撃を与える。
イヤ間の間隔とが小さくなり、抵抗および寄生容量が増大し、結果として、RC信号遅延
が大きくなる。したがって、通常、低k(低誘電体誘電率)材料が、中間層媒体として用
いられるが、これにより、プレクリーニングプロセスにおいて以下の問題をもたらすこと
となる。
るであろうことから、イオンがウエハの表面に接近すると、これらイオンが低k材料に埋
め込まれることとなり、結果として、低k材料が劣化してしまい、製品性能に悪影響がも
たらされることとなる。
本発明は、先行技術に既存する技術問題のうち少なくとも1つを解決することを目的と
し、プレクリーニングチャンバおよび半導体処理装置を提案する。プレクリーニングチャ
ンバおよび半導体処理装置は、プラズマが上方から搬送ユニットへと移動したときにプラ
ズマ中のイオンをフィルタリングすることができ、これにより、低k材料に対するプラズ
マ中のイオンによる悪影響を防ぎ、製品性能を向上させ得る。
レクリーニングチャンバが提供される。上カバーはチャンバ本体の上に配置され、搬送ユ
ニットは、チャンバ本体の内部において底部付近の位置に配置され、ウエハを搬送するよ
うに構成される。イオンフィルタリングユニットは、チャンバ本体の内部において搬送ユ
ニットの上方に配置され、プラズマがイオンフィルタリングユニットの上側から搬送ユニ
ットの方に移動するとプラズマ中のイオンをフィルタリングするように構成される。
ィルタリングプレートは、チャンバ本体内部の空間を上方サブチャンバ本体と下方サブチ
ャンバ本体とに分割する。複数の通気孔がフィルタリングプレート上に分散されて、上方
サブチャンバ本体を下方サブチャンバ本体と連通させる。各々の通気孔の最大直径は、プ
ラズマのシースの厚さの2倍以下である。
ィルタリングプレートを含む。Nは1よりも大きい整数である。フィルタリングプレート
は、チャンバ本体の内部の空間を、上から下へと順に、上方サブチャンバ本体とN−1個
の中間サブチャンバ本体と下方サブチャンバ本体とに分割する。複数の通気孔が各々のフ
ィルタリングプレート上に分散されて、フィルタリングプレートに隣接する2つの上方サ
ブチャンバ本体と下方サブチャンバ本体とを連通させる。すべてのフィルタリングプレー
ト間には、少なくとも1枚のフィルタリングプレートがあり、当該少なくとも1枚のフィ
ルタリングプレートは、プラズマのシースの厚さの2倍以下の最大直径を有する通気孔を
含む。
通気孔は、ウエハの表面上のそれぞれの領域間におけるプロセスずれに応じてフィルタ
リングプレート上に非均一に分散されるように配置される。
各々の通気孔は貫通孔、円錐穴または段差のある孔を含む。
各々の通気孔は、円錐穴または段差のある孔を含み、20mm以下の最大直径と、0.
2mm以上の最小直径とを含む。
作られている。
加熱装置は、ウエハを加熱するために搬送ユニットの内部に配置される。
を含む。加熱装置は静電チャックにおいて構築される。
ライナーは、チャンバ本体の側壁の内側に配置され、絶縁材料で、または表面が絶縁材
料でめっきされた金属で作られている。
上カバーは上部が閉じられたバレル状構造であって、絶縁材料で作られている。
は表面が導電性材料でめっきされた絶縁材料で作られている。
デーシールド部の側壁上に配置される。
イルに電気的に順に接続された無線周波数整合装置および無線周波数電源とを含む。イン
ダクタンスコイルは上カバーの側壁の外側を囲むように配置され、1つ以上の巻回を有し
、これら複数の巻回は、同じ直径を有するか、または、上から下へと徐々に大きくなる直
径を有する。無線周波数電源は、インダクタンスコイルに無線周波数電力を供給するよう
に構成される。
グチャンバを含む半導体処理装置を提供する。
本発明において提供されるプレクリーニングチャンバにおいては、イオンフィルタリン
グユニットがチャンバ本体の内部において搬送ユニットの上方に配置される。これにより
、プレクリーニングプロセス中に、イオンフィルタリングユニットが、イオンフィルタリ
ングユニットの上側から搬送ユニットへと移動するプラズマ中のイオンをフィルタリング
し、フリーラジカル、原子および分子だけが搬送ユニット上に配置されたウエハの表面に
到達し、これにより、ウエハ上の中間層媒体として機能する低k材料に対するプラズマ中
のイオンによる悪影響を防止し、製品性能を向上させる。さらに、プラズマが、イオンフ
ィルタリングユニットを通過した後にもはやイオンを含んでおらず、かつ粒子拡散によっ
てのみウエハの表面に到達することができるので、ウエハに対してバイアス電圧を加える
必要がなくなり、このため、バイアス装置、たとえばバイアス電源および整合装置などが
省かれるため、生産コストが低下するだろう。
k材料に対するプラズマ中のイオンによる悪影響を防ぎ、本発明によって提供されるプレ
クリーニングチャンバを用いることによって製品性能を向上させることができる。
当業者が本発明の技術的解決策をよりよく理解できるようにするために、本発明によっ
て提供されるプレクリーニングチャンバおよび半導体処理装置を、以下において、添付の
図面に関連付けてさらに詳細に説明する。
略図である。図2Aを参照して、プレクリーニングチャンバは、チャンバ本体21、上カ
バー22、搬送ユニット23、インダクタンスコイル25、無線周波数整合装置26、お
よび無線周波数電源27を含む。上カバー22は、チャンバ本体21の上に配置され、ド
ーム構造であり、セラミックまたは石英などの絶縁材料で作られている。搬送ユニット2
3は、チャンバ本体21の内部において底部付近の位置に配置され、ウエハを搬送するよ
うに構成される。インダクタンスコイル25は、上カバー22の側壁の外側を囲むように
配置され、無線周波数整合装置26を介して電気的に無線周波数電源27と接続される。
無線周波数電源27は、インダクタンスコイル25に無線周波数電力を供給し、チャンバ
本体21内の反応ガスを励磁させて、プラズマを生成するように構成される。無線周波数
電源27は、400KHz、2MHz、13.56MHz、40MKz、60MHzまた
は100MHzの周波数を有する。
ト23の上方に設けられ、プラズマがイオンフィルタリングユニットの上側から搬送ユニ
ットの方に移動すると、プラズマ中のイオンをフィルタリングするように構成される。イ
オンフィルタリングユニットの構造および機能を以下において詳細に記載する。特に、実
施形態においては、イオンフィルタリングユニットはフィルタリングプレート24を含む
。当該フィルタリングプレート24は、絶縁材料で、または、表面が絶縁材料でめっきさ
れた金属で作られている。絶縁材料はたとえばセラミックまたは石英を含み、フィルタリ
ングプレート24は、2mm〜50mmの範囲の厚さを有する。さらに、フィルタリング
プレート24は、チャンバ本体21内部の空間を、上方サブチャンバ本体211と下方サ
ブチャンバ本体212とに分割し、搬送ユニット23は、下方サブチャンバ本体212内
部に配置され、好ましくはフィルタリングプレート24と搬送ユニット23との間の垂直
間隔は20mmよりも大きい。
連通させるために、フィルタリングプレート24上に分散される。複数の通気孔241は
、図2Bに示されるように、フィルタリングプレート24上に均一に分散されてもよい。
実際の適用例においては、通気孔は、フィルタリングプレート24上に非均一に分散され
てもよい。たとえば、通気孔241の局所的な分散密度は、ウエハの表面上のそれぞれの
領域間のプロセスずれに従って適切に調整されて、ウエハの表面上のそれぞれの領域に対
応する位置でプラズマの密度を変更し、これにより、プロセス均一性を向上させてもよい
。加えて、通気孔241の全体的な分散密度はプロセスレートに従って設定されてもよい
。すなわち、所要のプロセスレートが比較的高い場合、通気孔241の分散密度をそれに
応じて大きくして、プラズマが通気孔241を迅速に通過するようにしてもよい。所要の
プロセスレートが比較的低い場合、通気孔241の分散密度をそれに応じて低減させても
よい。
の2倍以下の直径を有する。好ましくは、貫通孔は0.2mm〜20mmの範囲の直径を
有する。いわゆるプラズマのシースは、プラズマ境界とチャンバ内のチャンバ壁との間に
形成された無誘導性中性領域を指す。プレクリーニングプロセス中、無線周波数電源27
は、無線周波数電力をインダクタンスコイル25に供給して、上方サブチャンバ本体21
1内部においてプラズマを生成する。プラズマは搬送ユニット23に向かって拡散するだ
ろう。プラズマがフィルタリングプレート24の通気孔241を通過すると、各々の通気
孔241の最大直径がプラズマのシースの厚さの2倍以下であるので、プラズマ中のイオ
ンが再結合され、さらに、通気孔241の空間が狭いことにより原子などの形状に変換さ
せることができる。このため、通気孔を通過するプラズマはもはやイオンを含んでおらず
、フリーラジカル、原子、分子などしか含んでおらず、これらのフリーラジカル、原子お
よび分子は、下方サブチャンバ本体212に入った後、エッチングが行なわれるべき搬送
ユニット23上のウエハの表面に到達するまで、下方向に拡散し続けることとなる。この
ように、フィルタリングプレート24はプラズマ中のイオンを「フィルタリング」するこ
とにより、ウエハ上において中間層媒体として機能する低k材料に対するプラズマ中のイ
オンによる悪影響を防ぎ、製品性能を向上させるように構成される。
縁材料で、または表面が絶縁材料でめっきされた金属で作られており、絶縁材料はセラミ
ック、石英などを含む。ライナー28があることで、チャンバ本体21の側壁がプラズマ
によってエッチングされるのを防止して、チャンバ本体21の耐用年数および保全性を向
上させるだけではなく、プラズマ中のフリーラジカルの作用も調整され得る。実際の適用
例においては、絶縁材料で作られた保護層が、チャンバ本体21の内面上に配置されても
よく、たとえば、酸化処理がチャンバ本体21の内面上で実行されてもよい。
静電チャックを含み、加熱装置29が、ウエハを加熱するために静電チャックにおいて構
築される。加熱装置29があることで、プラズマとウエハの表面との間の反応の作用を増
大させて、プロセスレートを向上させ得る。好ましくは、加熱装置29は、100℃〜5
00℃の範囲の加熱温度と、5S〜60Sの範囲の加熱時間とを有する。実際の適用例に
おいては、搬送ユニットは、ウエハを搬送するための基台であってもよく、加熱装置29
は基台の内部に配置される。
、実際の適用例においては、各々の通気孔は図2Cに示されるような断面を有し得ること
が指摘されるはずである。通気孔は円錐穴であってもよく、その直径は上から下に向かっ
て徐々に拡径または縮径されてもよく、通気孔は段差のある孔であってもよく、その軸方
向断面は、上方端部における直径が大きく、下方端部における直径が小さくてもよく、ま
たは、上方端部における直径が小さく、下方端部における直径が大きくてもよく、または
、中間部における直径がより大きく、2つの端部における直径が小さくてもよく、または
、中間における直径が小さくてもよく、2つの端部における直径が大きくてもよい。好ま
しくは、円錐穴または段差のある孔の最大直径は20mm以下であり、円錐穴または段差
のある孔の最小直径は0.2mm以上である。当然、プラズマ中のイオンをフィルタリン
グすることができるのであれば、他の如何なる構造を有する通気孔が用いられてもよい。
ィルタリングユニットは1枚のフィルタリングプレートを含み、本発明はこれに限定され
ず、実際の適用例においては、図3に示されるとおり、イオンフィルタリングユニットは
、垂直方向に沿って間隔を空けて配置されたN個のフィルタリングプレート24を含んで
もよく、Nは1よりも大きい整数であり、フィルタリングプレート24は、チャンバ本体
21の内部の空間を、上から下へと順に並んだ上方サブチャンバ本体211とN−1個の
中間サブチャンバ本体213と下方サブチャンバ本体212とに分割し、好ましくは、一
番下のフィルタリングプレートと搬送ユニット23との間の垂直方向の間隔は20mmよ
りも大きい。さらに、複数の通気孔241が各々のフィルタリングプレート24上に分散
されて、フィルタリングプレート24に隣接した2つの上方サブチャンバ本体と下方サブ
チャンバ本体とを連通させる。すべてのフィルタリングプレート24間には、通気孔24
1を含む少なくとも1枚のフィルタリングプレート24が存在し、通気孔241の最大直
径はプラズマのシースの厚さの2倍以下である。複数のフィルタリングプレート24があ
る場合、プラズマ中のイオンをフィルタリングすることができるという前提であれば、そ
れぞれのフィルタリングプレート24の厚さを適度に薄くしてもよい。
ルタリングプレートは、チャンバ本体の内部に以下のように固定されてもよい。フランジ
が、チャンバ本体の内側壁上における対応する位置に配置され、フィルタリングプレート
の下面の端部領域は、接続部を部分的に重ねることによって、またはネジ接続によってフ
ランジの上面に固定されてもよい。
ダクタンスコイルが1つ以上の巻回を有してもよく、上方サブチャンバ本体211におけ
るプラズマの分散に応じて、これら1つ以上の巻回は同一の直径を有するか、または上か
ら下へと徐々に大きくなる直径を有してもよい。
図である。図4を参照すると、第2の実施形態と上述の第1の実施形態との間の主要な差
は上カバーの構造にある。これ以外に、第2の実施形態における他の構造は、第1の実施
形態の構造と同じであるので、その説明はこの明細書中では詳細にはなされない。
詳細に説明する。特に、上カバー30は、セラミックまたは石英などの絶縁材料で作られ
た上蓋301を有するバレル状構造である。いわゆるバレル状構造とは、上カバー30の
側壁を囲むことによって形成された閉鎖型円周を有する円筒を指している。上カバー30
は、上部における上蓋301によって閉じられる。すなわち、上カバー30はバケツをひ
っくり返したものに似ている。ドーム構造の上カバーと比べて、バレル状構造の上カバー
30は容易に製造できる。このため、上カバーの生産コストが削減され、さらに、プレク
リーニングチャンバの生産および使用コストが削減される。
置され、金属でできているか、または表面が導電性材料でめっきされた絶縁材料でできて
いる。絶縁材料はセラミック、石英などを含む。ファラデーシールド部31があることで
、電磁界がシールドされて、上方サブチャンバ本体211上におけるプラズマの侵食を減
らし、上方サブチャンバ本体211の使用期間を延ばすだけではなく、チャンバの清掃が
容易になってチャンバの使用コストも削減される。ファラデーシールド部31が浮遊電位
にあることを確実にするために、ファラデーシールド部31の高さが上カバー30の側壁
よりも低いこと、ならびに、ファラデーシールド部31の上方端部および下方端部が上蓋
301およびチャンバ本体21に接していないことが確実にされるべきであることが容易
に理解される。
1が、図5に示されるように、ファラデーシールド部31の側壁上に配置され、ファラデ
ーシールド部31は、スリット311で完全に分離される。すなわち、ファラデーシール
ド部31は不連続なバレルとなっており(すなわち、ファラデーシールド部31の円周が
閉じられておらず)、ファラデーシールド部31の渦電流損失および加熱を有効に防ぐよ
うにする。
供されるプレクリーニングチャンバを含む半導体処理装置を提供する。
k材料に対するプラズマ中のイオンによる悪影響を防ぎ、上述の実施形態のうちのいずれ
か1つにおいて提供されるプレクリーニングチャンバを用いることによって、製品性能を
向上させることができる。
ず、本発明がそれらに限定されないことが理解されるはずである。当業者にとって、さま
ざまな変形例および改善例は、本発明の精神および実体から逸脱することなく実施可能で
あり、これらの変形例および改善例も本発明の保護範囲にあると見なされる。
Claims (21)
- チャンバ本体、上カバーおよび搬送ユニットを含むプレクリーニングチャンバであって
、前記上カバーは前記チャンバ本体の上に配置され、前記搬送ユニットは、前記チャンバ
本体の内部において底部付近の位置に配置され、ウエハを搬送するように構成され、
イオンフィルタリングユニットが、前記チャンバ本体の内部において前記搬送ユニット
の上方に配置され、プラズマが前記イオンフィルタリングユニットの上側から前記搬送ユ
ニットの方に移動するとプラズマ中のイオンをフィルタリングするように構成される、プ
レクリーニングチャンバ。 - 前記イオンフィルタリングユニットは1つのフィルタリングプレートを含み、前記1つ
のフィルタリングプレートは、前記チャンバ本体の内部の空間を上方サブチャンバ本体と
下方サブチャンバ本体とに分割し、
複数の通気孔が前記フィルタリングプレート上に分散されて、前記上方サブチャンバ本
体を前記下方サブチャンバ本体と連通させ、各々の通気孔の最大直径はプラズマのシース
の厚さの2倍以下である。請求項1に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記イオンフィルタリングユニットは、垂直方向に沿って間隔を空けて配置されたN個
のフィルタリングプレートを含み、Nは1よりも大きい整数であり、前記フィルタリング
プレートは、前記チャンバ本体の内部の空間を、上から下へと順に、上方サブチャンバ本
体とN−1個の中間サブチャンバ本体と下方サブチャンバ本体とに分割し、
複数の通気孔が各々のフィルタリングプレート上に分散されて、前記フィルタリングプ
レートに隣接する2つの上方サブチャンバ本体と下方サブチャンバ本体とを連通させ、す
べての前記フィルタリングプレート間には、少なくとも1枚のフィルタリングプレートが
あり、前記少なくとも1枚のフィルタリングプレートは、プラズマのシースの厚さの2倍
以下の最大直径を有する通気孔を含む、請求項1に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記通気孔が前記フィルタリングプレート上に均一に分散される、請求項2または3に
記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記通気孔は、前記ウエハの表面上のそれぞれの領域間におけるプロセスずれに応じて
前記フィルタリングプレート上に非均一に分散されるように配置される、請求項2または
3に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記通気孔の分散密度は前記プロセスレートに基づいて設定される、請求項2または3
に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 各々の通気孔は貫通孔、円錐穴または段差のある孔を含む、請求項2または3に記載の
プレクリーニングチャンバ。 - 各々の通気孔は貫通孔であって、0.2mm〜20mmの範囲の直径を有する、請求項
2または3に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 各々の通気孔は、円錐穴または段差のある孔を含み、20mm以下の最大直径と、0.
2mm以上の最小直径とを含む、請求項2または3に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記フィルタリングプレートは、絶縁材料で、または表面が絶縁材料でめっきされた金
属で作られている、請求項2または3に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記フィルタリングプレートは2mm〜50mmの範囲の厚さを有する、請求項2また
は3に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記ウエハを加熱するために、加熱装置が前記搬送ユニットの内部に配置される、請求
項1に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 前記搬送ユニットは、静電気引力によって前記ウエハを固定するように構成された静電
チャックを含み、
前記加熱装置は前記静電チャックにおいて構築される、請求項12に記載のプレクリー
ニングチャンバ。 - 保護層は、前記チャンバ本体の内面上に配置され、絶縁材料で作られている、請求項1
に記載のプレクリーニングチャンバ。 - ライナーは、前記チャンバ本体の側壁の内側に配置され、絶縁材料で、または表面が絶
縁材料でめっきされた金属で作られている、請求項1または14に記載のプレクリーニン
グチャンバ。 - 前記上カバーはドーム構造であって、絶縁材料で作られている、請求項1に記載のプレ
クリーニングチャンバ。 - 前記上カバーは上部が閉じられたバレル状構造であり、絶縁材料で作られている、請求
項1に記載のプレクリーニングチャンバ。 - ファラデーシールド部は、バレル状の上カバーの側壁の内側に配置され、金属で、また
は表面が導電性材料でめっきされた絶縁材料で作られている、請求項17に記載のプレク
リーニングチャンバ。 - 前記ファラデーシールド部を軸方向に沿って貫通する少なくとも1つのスリットが、前
記ファラデーシールド部の側壁上に配置される、請求項18に記載のプレクリーニングチ
ャンバ。 - 前記プレクリーニングチャンバはさらに、インダクタンスコイルと、前記インダクタン
スコイルに順に電気的に接続された無線周波数整合装置および無線周波数電源とを含み、
前記インダクタンスコイルは前記上カバーの側壁の外側を囲むように配置され、1つ以
上の巻回を有し、前記1つ以上の巻回は、同じ直径を有するか、または、上から下へと徐
々に大きくなる直径を有し、
前記無線周波数電源は、前記インダクタンスコイルに無線周波数電力を供給するように
構成される、請求項16または17に記載のプレクリーニングチャンバ。 - 請求項1から20のいずれか1項に記載のプレクリーニングチャンバを含む半導体処理
装置。
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