JP2961000B2 - 反応装置の自己洗浄方法 - Google Patents
反応装置の自己洗浄方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＶＤ、プラズマエン
ハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、フィルムエッチバッ
クおよび反応装置の自己洗浄を含めた、単一およびその
場における複合の集積回路加工段階を行うための反応装
置および方法に関する。本発明は、特に反応装置を解体
したり、或いは時間のかかる湿式化学洗浄方式を用いる
ことなしにその設置場所において反応装置を自己洗浄さ
せるための乾式工程シーケンスに関する。
ハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、フィルムエッチバッ
クおよび反応装置の自己洗浄を含めた、単一およびその
場における複合の集積回路加工段階を行うための反応装
置および方法に関する。本発明は、特に反応装置を解体
したり、或いは時間のかかる湿式化学洗浄方式を用いる
ことなしにその設置場所において反応装置を自己洗浄さ
せるための乾式工程シーケンスに関する。
【０００２】
【従来の技術】本明細書およびＬａｗその他による１９
８９年１２月１９日出願の「反応装置チャンバ自己洗浄
方法」と題する米国特許出願Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４
９２（以下Ｌａｗその他）およびＷａｎｇその他による
１９８９年１２月１９日出願の「熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ
化学反応装置およびその二酸化けい素への熱化学蒸着で
の利用およびその場における複数段階からなる平坦化の
工程」と題する米国特許出願Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４
９２（以下、Ｗａｎｇその他）の願書において説明され
る反応装置は、少量の極めて小さな粒子に対しても傷つ
き易い極めて小さな形状のデバイスを加工するためのも
のである。この反応装置は、従来の反応装置より比較的
高圧で操作されるものであるが、それでも、排気系統お
よび下流の排気系統部品から絞り弁にかけて付着する落
ちにくい種類のものを生じる。したがって、この反応装
置の動作は従来の反応装置よりもクリーンであり、洗浄
の回数も少なくてよいものであるが、壁部を含めたリア
クタチャンバおよび真空系統を洗浄するための自己洗浄
方法を利用できることが極めて望ましい。これは、粒子
に敏感な小さいな形状のデバイスへの異物の付着を防
ぎ、チャンバおよびガス注入口マニホルドフェースプレ
ート、ウェーハ支持ハードウェアや絞り弁等の反応装置
のハードウェア（「ハードウェア」と総称する）の長寿
命および動作の再現性を確保するためのものである。特
に、効果的な洗浄をなし、毒性のないガスを用い且つ反
応装置ハードウェアに対して比較的腐食性が小さいとい
った点において、従来のプロセスとは異なる反応装置の
自己洗浄プロセスを有することが極めて望ましい。
８９年１２月１９日出願の「反応装置チャンバ自己洗浄
方法」と題する米国特許出願Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４
９２（以下Ｌａｗその他）およびＷａｎｇその他による
１９８９年１２月１９日出願の「熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ
化学反応装置およびその二酸化けい素への熱化学蒸着で
の利用およびその場における複数段階からなる平坦化の
工程」と題する米国特許出願Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４
９２（以下、Ｗａｎｇその他）の願書において説明され
る反応装置は、少量の極めて小さな粒子に対しても傷つ
き易い極めて小さな形状のデバイスを加工するためのも
のである。この反応装置は、従来の反応装置より比較的
高圧で操作されるものであるが、それでも、排気系統お
よび下流の排気系統部品から絞り弁にかけて付着する落
ちにくい種類のものを生じる。したがって、この反応装
置の動作は従来の反応装置よりもクリーンであり、洗浄
の回数も少なくてよいものであるが、壁部を含めたリア
クタチャンバおよび真空系統を洗浄するための自己洗浄
方法を利用できることが極めて望ましい。これは、粒子
に敏感な小さいな形状のデバイスへの異物の付着を防
ぎ、チャンバおよびガス注入口マニホルドフェースプレ
ート、ウェーハ支持ハードウェアや絞り弁等の反応装置
のハードウェア（「ハードウェア」と総称する）の長寿
命および動作の再現性を確保するためのものである。特
に、効果的な洗浄をなし、毒性のないガスを用い且つ反
応装置ハードウェアに対して比較的腐食性が小さいとい
った点において、従来のプロセスとは異なる反応装置の
自己洗浄プロセスを有することが極めて望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、反応
装置のハードウェアに対して比較的腐食性が小さく、且
つ無毒性ガスを用いて反応装置を効果的に洗浄する広範
に適用できるウェーハ加工反応装置の自己洗浄方法を提
供することにある。これに関連した課題の一つは、チャ
ンバの構成要素を解体または取り外すことなしにそのま
まの状態で適用されるプラズマ反応装置自己洗浄方法の
技術を提供することにある。また、これに関連した別の
課題は、反応装置チャンバおよびその排気系統を、その
ままの状態において、拡張域のエッチングとそれに続く
局部域エッチングで構成される単一の継続的な工程シー
ケンスによって洗浄する方法を提供することにある。
装置のハードウェアに対して比較的腐食性が小さく、且
つ無毒性ガスを用いて反応装置を効果的に洗浄する広範
に適用できるウェーハ加工反応装置の自己洗浄方法を提
供することにある。これに関連した課題の一つは、チャ
ンバの構成要素を解体または取り外すことなしにそのま
まの状態で適用されるプラズマ反応装置自己洗浄方法の
技術を提供することにある。また、これに関連した別の
課題は、反応装置チャンバおよびその排気系統を、その
ままの状態において、拡張域のエッチングとそれに続く
局部域エッチングで構成される単一の継続的な工程シー
ケンスによって洗浄する方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はその一面におい
て、高周波パワー反応装置チャンバのチャンバ構成要素
および排気系統構成要素の広範領域洗浄のための自己洗
浄方法に係わり、ガスのなかのエッチング用ガスを形成
するためにチャンバ電極に高周波電源を印加し且つチャ
ンバ全体においてそして排気系統内部に至るまでエッチ
ング用プラズマを行き渡らせるために選択した圧力でチ
ャンバを維持しつつ、過フッ化炭化水素ガスと反応性酸
素ガスでドープした過フッ化炭化水素ガスとから選択し
た構成物質を含むガスを、ガスマニホルドを介してチャ
ンバに送り込むことを特徴とする。本発明は別の一面に
おいて、高周波パワー反応装置のガス分配マニホルドお
よび電極を局部的に洗浄するための自己洗浄方法に係り
混合気体中のエッチング用ガスを形成するためにチャン
バ電極に高周波電源を印加し且つガスマニホルドおよび
各電極から付着物をエッチするのに充分な高さの圧力で
チャンバを維持しつつ、過フッ化炭化水素ガスと反応性
酸素ガスでドープした過フッ化炭化水素ガスとから選択
した構成物質を含んだガスを、ガスマニホルドを介して
チャンバに送り込むことを特徴とする。
て、高周波パワー反応装置チャンバのチャンバ構成要素
および排気系統構成要素の広範領域洗浄のための自己洗
浄方法に係わり、ガスのなかのエッチング用ガスを形成
するためにチャンバ電極に高周波電源を印加し且つチャ
ンバ全体においてそして排気系統内部に至るまでエッチ
ング用プラズマを行き渡らせるために選択した圧力でチ
ャンバを維持しつつ、過フッ化炭化水素ガスと反応性酸
素ガスでドープした過フッ化炭化水素ガスとから選択し
た構成物質を含むガスを、ガスマニホルドを介してチャ
ンバに送り込むことを特徴とする。本発明は別の一面に
おいて、高周波パワー反応装置のガス分配マニホルドお
よび電極を局部的に洗浄するための自己洗浄方法に係り
混合気体中のエッチング用ガスを形成するためにチャン
バ電極に高周波電源を印加し且つガスマニホルドおよび
各電極から付着物をエッチするのに充分な高さの圧力で
チャンバを維持しつつ、過フッ化炭化水素ガスと反応性
酸素ガスでドープした過フッ化炭化水素ガスとから選択
した構成物質を含んだガスを、ガスマニホルドを介して
チャンバに送り込むことを特徴とする。
【０００５】本発明は更に別の一面において、チャンバ
および排気構造の広域および局部の洗浄をもたらすため
の、上述の広範および局部域洗浄段階を組み合せた利用
にかかわる。また、本発明は、自己洗浄方式を用いたガ
ス注入口マニホルドおよび真空排気システムを備えた高
周波パワー反応装置チャンバの使用方法であって、まず
チャンバ内に配置された基板上に一層を付着または繰返
し付着させる段階と、次に上述の広範領域および局部の
洗浄工程を適用する段階とを含むことを特徴とする方法
を含むものである。この発明は、その特別な一面におい
て、間隔変更可能に設けられたガス注入マニホルド電極
とウェーハ支持電極とを備えた真空処理反応装置を自己
洗浄するための工程において実施されるものであって、
まず広域エッチング段階において、エッチング用プラズ
マをチャンバのほぼ全域に渡って生成するために両電極
間に選択した電力を印加し、比較的低い第１の圧力で且
つ比較的大きな第１の電極間隔でチャンバ内に過フッ化
炭化水素ガスを含むガスを供給する段階と、次に局部エ
ッチング段階において、電極間に局部的エッチング用プ
ラズマを生成するために、選択した電力を両電極間に印
加して、比較的高い第２の圧力且つ比較的小さな電極間
隔で過フッ化炭化水素ガスをチャンバ内に供給する段階
とを含んでいる。ここで、第１の広域エッチング段階で
は、約３００〜６００sccmのC2F6の流量、約４００〜８
００sccmのO2流量、約０．８〜２torrの圧力、約１，０
００mils（１mils＝千分の１インチ）の電極間隔および
約５００〜７５０watts/cm2 の高周波電力を用いること
ができ、また、第２の広域エッチング段階では、約６０
０〜８００sccmのC2F6流量、約７００〜９００sccmのO2
流量、約６〜１３torrの圧力、約１８０〜３００milsの
電極間隔および約５００〜７５０watts/cm2 の高周波電
力を用いることができる。好適には、第１の広域エッチ
ング段階ではC2F6およびO2の各気体を（０．７５〜１．
３０）：１のC2F6：O2流量比とし、７５０〜１，０００
milsの電極間隔、０．８〜２torrの圧力および２．７〜
５．６watts／cm2 の出力密度を用い、第２の局部エッ
チング段階ではC2F6およびO2の各気体を（０．８５〜
１）：１の流量比とし、１８０〜３５０milsの電極間
隔、６〜１３torrの圧力および２．７〜５．６watts ／
cm2 の出力密度を用いる。
および排気構造の広域および局部の洗浄をもたらすため
の、上述の広範および局部域洗浄段階を組み合せた利用
にかかわる。また、本発明は、自己洗浄方式を用いたガ
ス注入口マニホルドおよび真空排気システムを備えた高
周波パワー反応装置チャンバの使用方法であって、まず
チャンバ内に配置された基板上に一層を付着または繰返
し付着させる段階と、次に上述の広範領域および局部の
洗浄工程を適用する段階とを含むことを特徴とする方法
を含むものである。この発明は、その特別な一面におい
て、間隔変更可能に設けられたガス注入マニホルド電極
とウェーハ支持電極とを備えた真空処理反応装置を自己
洗浄するための工程において実施されるものであって、
まず広域エッチング段階において、エッチング用プラズ
マをチャンバのほぼ全域に渡って生成するために両電極
間に選択した電力を印加し、比較的低い第１の圧力で且
つ比較的大きな第１の電極間隔でチャンバ内に過フッ化
炭化水素ガスを含むガスを供給する段階と、次に局部エ
ッチング段階において、電極間に局部的エッチング用プ
ラズマを生成するために、選択した電力を両電極間に印
加して、比較的高い第２の圧力且つ比較的小さな電極間
隔で過フッ化炭化水素ガスをチャンバ内に供給する段階
とを含んでいる。ここで、第１の広域エッチング段階で
は、約３００〜６００sccmのC2F6の流量、約４００〜８
００sccmのO2流量、約０．８〜２torrの圧力、約１，０
００mils（１mils＝千分の１インチ）の電極間隔および
約５００〜７５０watts/cm2 の高周波電力を用いること
ができ、また、第２の広域エッチング段階では、約６０
０〜８００sccmのC2F6流量、約７００〜９００sccmのO2
流量、約６〜１３torrの圧力、約１８０〜３００milsの
電極間隔および約５００〜７５０watts/cm2 の高周波電
力を用いることができる。好適には、第１の広域エッチ
ング段階ではC2F6およびO2の各気体を（０．７５〜１．
３０）：１のC2F6：O2流量比とし、７５０〜１，０００
milsの電極間隔、０．８〜２torrの圧力および２．７〜
５．６watts／cm2 の出力密度を用い、第２の局部エッ
チング段階ではC2F6およびO2の各気体を（０．８５〜
１）：１の流量比とし、１８０〜３５０milsの電極間
隔、６〜１３torrの圧力および２．７〜５．６watts ／
cm2 の出力密度を用いる。
【０００６】この発明は、更に別の一面において、その
間隔を変更可能に設けられたガス注入マニホルド電極お
よびウェーハ支持電極を有する真空反応装置において例
えば半導体ウェーハに酸化けい素等の誘電体コーティン
グを付着させるためおよび該反応装置を自己洗浄させる
ための工程において実施されるものであり、チャンバ内
のウェーハに一層またはそれ以上のコーティングを付着
させる段階と、その後にまずチャンバのほぼ全域に渡っ
てエッチング用プラズマを生成するために、第１の比較
的低いチャンバ圧力および第１の比較的大きな電極間隔
において両電極間に選択した高周波電力を印加し、過フ
ッ化炭化水素を含むガスをチャンバに供給して、反応装
置の内表面を自己洗浄する段階と、次に両電極間に局部
的エッチング用プラズマを生成させるために両電極間に
選択した電力を印加し、チャンバ圧力を第２の比較的高
い値に上昇させ、電極間隔を第２の比較的小さな値に減
ずる段階とを含むことを特徴としている。
間隔を変更可能に設けられたガス注入マニホルド電極お
よびウェーハ支持電極を有する真空反応装置において例
えば半導体ウェーハに酸化けい素等の誘電体コーティン
グを付着させるためおよび該反応装置を自己洗浄させる
ための工程において実施されるものであり、チャンバ内
のウェーハに一層またはそれ以上のコーティングを付着
させる段階と、その後にまずチャンバのほぼ全域に渡っ
てエッチング用プラズマを生成するために、第１の比較
的低いチャンバ圧力および第１の比較的大きな電極間隔
において両電極間に選択した高周波電力を印加し、過フ
ッ化炭化水素を含むガスをチャンバに供給して、反応装
置の内表面を自己洗浄する段階と、次に両電極間に局部
的エッチング用プラズマを生成させるために両電極間に
選択した電力を印加し、チャンバ圧力を第２の比較的高
い値に上昇させ、電極間隔を第２の比較的小さな値に減
ずる段階とを含むことを特徴としている。
【０００７】
【実施例】１．代表的ＰＥＣＶＤ反応装置１０ 第１図は、本発明にしたがったガス注入マニホルド１１
をとり入れた平行板ＣＶＤ（化学蒸着）反応装置１０を
概略的に示す図である。この反応装置１０は、前述のＷ
ａｎｇその他による１９８６年１２月１９日出願の「熱
ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ化学反応装置およびその二酸化けい
素への熱化学蒸着での利用およびその場における複数段
階からなる平坦化の工程」と題する共願の米国特許出願
Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４９２において説明されるもの
である。たのＷａｎｇその他および前述のＬａｗその他
の特許願書は、それらを引用することによってここにそ
の全体を取り入れるものとする（以下「引用したＷａｎ
ｇその他による特許願書」および「引用したＬａｗその
他による特許願書」）。反応装置１０は、好ましくは垂
直方向に両端において片持ちされるはりまたは支持フィ
ンガ１３上に設置される熱によく応答するサセプタ１２
を含んでおり、サセプタ１２（およびこのサセプタの上
面に支持されるウェーハ）が下部の積込み／積卸し位置
と、注入マニホルド１１に隣接する上部の加工位置１４
との間で制御可能に移動できるようになっている。
をとり入れた平行板ＣＶＤ（化学蒸着）反応装置１０を
概略的に示す図である。この反応装置１０は、前述のＷ
ａｎｇその他による１９８６年１２月１９日出願の「熱
ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ化学反応装置およびその二酸化けい
素への熱化学蒸着での利用およびその場における複数段
階からなる平坦化の工程」と題する共願の米国特許出願
Ｓｅｒ．Ｎｏ．９４４，４９２において説明されるもの
である。たのＷａｎｇその他および前述のＬａｗその他
の特許願書は、それらを引用することによってここにそ
の全体を取り入れるものとする（以下「引用したＷａｎ
ｇその他による特許願書」および「引用したＬａｗその
他による特許願書」）。反応装置１０は、好ましくは垂
直方向に両端において片持ちされるはりまたは支持フィ
ンガ１３上に設置される熱によく応答するサセプタ１２
を含んでおり、サセプタ１２（およびこのサセプタの上
面に支持されるウェーハ）が下部の積込み／積卸し位置
と、注入マニホルド１１に隣接する上部の加工位置１４
との間で制御可能に移動できるようになっている。
【０００８】サセプタ１２およびウェーハが加工位置１
４にある場合は、これらは、環状真空マニホルド２４に
つながる複数の環状に並べられた穴２３を有するじゃま
板１７によって囲まれている。反応装置１０、じゃま板
２７等の高圧能力の結果、加工中において、通路２２に
沿ってマニホルドに注入されるガスは、２１によって示
すようにサセプタおよびウェーハに沿って放射状に均一
に配分され、その後に、真空ポンプシステムによってポ
ート２３を介して環状真空マニホルド２４へと排気され
る。制御されたプラズマが、高周波電極の一つでもある
ところの注入マニホルド１１に印加される高周波エネル
ギーによってウェーハに隣接して発生される環状外部ラ
ンプモジュール２６が水晶窓２８を介してサセプタ１２
の環状外周部分に平行な光束の環状パターン２７をもた
らし、これによってサセプタの自然熱損失パターンを補
い、付着を行うためのサセプタおよびウェーハの高速且
つ均一な加熱をもたらしている。一般にガス注入マニホ
ルドフェースプレート、サセプタ支持フィンガ、ウェー
ハ搬送フィンガ（図示せず）およびその他の種々の反応
装置ハードウェアのうちのいくつか或いは総ては、例え
ば陽極処理され酸化アルミニウム表面コーティング等の
誘電体で表面をおおったアルミニウム等の材料から形成
される。マニホルドフェースプレート３０とサセプタ１
２に支持されるウェーハ１４との間の可変な間隔並び
に、高圧能力、広い圧力範囲および均等な放射状のガス
の流れを含めた引用したＷａｎｇその他による特許願書
において詳細に説明されるその他の種々の特徴が総て一
緒になって、反応装置１０に広範な加工能力をもたらし
ている。この加工の多様性の中には、プラズマ強化ＴＥ
ＯＳガス化学作用および／またはオゾン／ＴＥＯＳガス
化学作用を用いた酸化フィルム付着、高速等方性エッチ
ング、薄膜平坦化、および反応装置自己洗浄が含まれ
る。
４にある場合は、これらは、環状真空マニホルド２４に
つながる複数の環状に並べられた穴２３を有するじゃま
板１７によって囲まれている。反応装置１０、じゃま板
２７等の高圧能力の結果、加工中において、通路２２に
沿ってマニホルドに注入されるガスは、２１によって示
すようにサセプタおよびウェーハに沿って放射状に均一
に配分され、その後に、真空ポンプシステムによってポ
ート２３を介して環状真空マニホルド２４へと排気され
る。制御されたプラズマが、高周波電極の一つでもある
ところの注入マニホルド１１に印加される高周波エネル
ギーによってウェーハに隣接して発生される環状外部ラ
ンプモジュール２６が水晶窓２８を介してサセプタ１２
の環状外周部分に平行な光束の環状パターン２７をもた
らし、これによってサセプタの自然熱損失パターンを補
い、付着を行うためのサセプタおよびウェーハの高速且
つ均一な加熱をもたらしている。一般にガス注入マニホ
ルドフェースプレート、サセプタ支持フィンガ、ウェー
ハ搬送フィンガ（図示せず）およびその他の種々の反応
装置ハードウェアのうちのいくつか或いは総ては、例え
ば陽極処理され酸化アルミニウム表面コーティング等の
誘電体で表面をおおったアルミニウム等の材料から形成
される。マニホルドフェースプレート３０とサセプタ１
２に支持されるウェーハ１４との間の可変な間隔並び
に、高圧能力、広い圧力範囲および均等な放射状のガス
の流れを含めた引用したＷａｎｇその他による特許願書
において詳細に説明されるその他の種々の特徴が総て一
緒になって、反応装置１０に広範な加工能力をもたらし
ている。この加工の多様性の中には、プラズマ強化ＴＥ
ＯＳガス化学作用および／またはオゾン／ＴＥＯＳガス
化学作用を用いた酸化フィルム付着、高速等方性エッチ
ング、薄膜平坦化、および反応装置自己洗浄が含まれ
る。
【０００９】２．二酸化けい素蒸着の例 ４×６インチのウェーハに二酸化けい素を蒸着させるた
めの本加工プロセスにおいては、２５０〜６００sccmの
ヘリウム流量、２５０〜６００sccmの酸素、３５０〜４
５０watts の高周波電力、１７０〜２２０milsの電極間
隔、８〜１０torrのチャンバ圧力および３９０゜〜４１
０℃のサセプタ温度（サセプタ温度の範囲は、加熱ラン
プへの電力を制御することによって保たれる）における
ＴＥＯＳを用いる。３．チャンバシステム自己洗浄 本発明は、チャンバの局部的な自己エッチングおよびチ
ャンバの広域的な自己エッチング包含するものである。
この局部的エッチングは各高周波電極即ちサセプタ１２
および注入ガスマニホルドフェースプレート３０を洗浄
するために用いられる。広範または広域エッチングは、
好適には、下流真空システムを含むチャンバ全体を洗浄
するものである。
めの本加工プロセスにおいては、２５０〜６００sccmの
ヘリウム流量、２５０〜６００sccmの酸素、３５０〜４
５０watts の高周波電力、１７０〜２２０milsの電極間
隔、８〜１０torrのチャンバ圧力および３９０゜〜４１
０℃のサセプタ温度（サセプタ温度の範囲は、加熱ラン
プへの電力を制御することによって保たれる）における
ＴＥＯＳを用いる。３．チャンバシステム自己洗浄 本発明は、チャンバの局部的な自己エッチングおよびチ
ャンバの広域的な自己エッチング包含するものである。
この局部的エッチングは各高周波電極即ちサセプタ１２
および注入ガスマニホルドフェースプレート３０を洗浄
するために用いられる。広範または広域エッチングは、
好適には、下流真空システムを含むチャンバ全体を洗浄
するものである。
【００１０】広域エッチングおよび局部域エッチングの
各段階からなるこの自己洗浄プロセスは、また、両段階
からなるこの自己洗浄プロセスは、また、両段階におい
て同じガス化学作用を用いることも特徴としている。こ
れには過フッ化炭化水素が用いられ、好ましくは、例え
ばC2F6等の過フッ化炭化水素と酸素等の反応性ガスとを
用いる。この位置をそのままにしての２つのエッチング
段階は、本反応装置１０の広範な圧力能力および可変の
近接した電極離間距離と過フッ化炭化水素ガスの化学的
性質とを組み合わせて用いるものである。つまり、広域
エッチング段階では、比較的低いチャンバ圧力、比較的
大きな電極間隔、各電極１２および３０間に印加される
任意の高周波電力レベル、任意のエッチング混合気体流
量およびその他のパラメータを用いる。この工程は、圧
力を増加させ、電極間隔を減少させ且つ必要に応じてそ
れに付随する高周波電力、エッチングガス流量および他
のパラメータを調節することによって、容易に局部域エ
ッチング段階へと切り換えられる。つまり、これら２つ
のエッチング段階は、真空を損ったりガスを変化させた
りすることなしに、選択した工程パラメータの調節の簡
単な促進によって、反応装置内において一体継続的に実
施される。
各段階からなるこの自己洗浄プロセスは、また、両段階
からなるこの自己洗浄プロセスは、また、両段階におい
て同じガス化学作用を用いることも特徴としている。こ
れには過フッ化炭化水素が用いられ、好ましくは、例え
ばC2F6等の過フッ化炭化水素と酸素等の反応性ガスとを
用いる。この位置をそのままにしての２つのエッチング
段階は、本反応装置１０の広範な圧力能力および可変の
近接した電極離間距離と過フッ化炭化水素ガスの化学的
性質とを組み合わせて用いるものである。つまり、広域
エッチング段階では、比較的低いチャンバ圧力、比較的
大きな電極間隔、各電極１２および３０間に印加される
任意の高周波電力レベル、任意のエッチング混合気体流
量およびその他のパラメータを用いる。この工程は、圧
力を増加させ、電極間隔を減少させ且つ必要に応じてそ
れに付随する高周波電力、エッチングガス流量および他
のパラメータを調節することによって、容易に局部域エ
ッチング段階へと切り換えられる。つまり、これら２つ
のエッチング段階は、真空を損ったりガスを変化させた
りすることなしに、選択した工程パラメータの調節の簡
単な促進によって、反応装置内において一体継続的に実
施される。
【００１１】好適には、まず広域エッチングを用いて壁
部およびハードウェアを含めたチャンバ全体を洗浄し、
その後に局部域段階によって電極１２および３０を洗浄
する。広域洗浄において、比較的厚くコーティングされ
ている電極１２および３０は部分的に洗浄され、局部域
エッチング段階が電極の洗浄を完了させる。陽極酸化等
のハードウェア保護誘電体コーティングの浸食の大半
は、低圧広域エッチング段階において発生する。広域洗
浄ステップを最初に適用することによって、マニホルド
３０のフェースプレートのような局部的な電極は、その
上に付着する酸化物によって防護される。そしてこの酸
化物は、続く高圧局部エッチング段階において取り除か
れ、エッチングされる局部域外での浸食を最小限とす
る。つまり、いわゆる広域第１シーケンスは、それに引
き続く局部域エッチングが電極外の前もって洗浄された
領域を必要以上にエッチングすることがないことから、
過度のエッチングを防ぐ効果を有している。これに対し
て電極１２および３０を洗浄するためにまず局部エッチ
ングを適用し、それに続く低圧広域エッチング段階にお
いて必然的なチャンバ全体に渡っての洗浄／浸食を適用
するようなことをすれば、電極３０のフェースプレート
やその上の薄い誘電体コーティング等の防護されていな
い局部的なハードウェアを幾分過度にエッチングするこ
とになり、結果として、これら構成部分の寿命および再
現可能なプロセスの寿命を縮めることになる。
部およびハードウェアを含めたチャンバ全体を洗浄し、
その後に局部域段階によって電極１２および３０を洗浄
する。広域洗浄において、比較的厚くコーティングされ
ている電極１２および３０は部分的に洗浄され、局部域
エッチング段階が電極の洗浄を完了させる。陽極酸化等
のハードウェア保護誘電体コーティングの浸食の大半
は、低圧広域エッチング段階において発生する。広域洗
浄ステップを最初に適用することによって、マニホルド
３０のフェースプレートのような局部的な電極は、その
上に付着する酸化物によって防護される。そしてこの酸
化物は、続く高圧局部エッチング段階において取り除か
れ、エッチングされる局部域外での浸食を最小限とす
る。つまり、いわゆる広域第１シーケンスは、それに引
き続く局部域エッチングが電極外の前もって洗浄された
領域を必要以上にエッチングすることがないことから、
過度のエッチングを防ぐ効果を有している。これに対し
て電極１２および３０を洗浄するためにまず局部エッチ
ングを適用し、それに続く低圧広域エッチング段階にお
いて必然的なチャンバ全体に渡っての洗浄／浸食を適用
するようなことをすれば、電極３０のフェースプレート
やその上の薄い誘電体コーティング等の防護されていな
い局部的なハードウェアを幾分過度にエッチングするこ
とになり、結果として、これら構成部分の寿命および再
現可能なプロセスの寿命を縮めることになる。
【００１２】このような洗浄機能は、どのような反応装
置においても効果的なものである。特に、前述のよう
に、粒子によって引き起こされる損傷に影響され易い形
状の極めて小さいデバイスを加工するようにされた反応
装置１０において効果的である。この反応装置１０は従
来の反応装置よりも比較的に高圧で動作するものである
が、それでも、真空排気システムおよび絞り弁までを含
めた下流真空系統構成要素において付着するしつこい種
類の物質を生じることがある。したがって、推奨される
反応装置１０は従来の反応装置よりもクリーンであり且
つ洗浄の回数が少なくてよいものであるが、真空系統お
よび反応装置チャンバの両方を高速且つ必要な場合には
頻繁に洗浄できる機能は、絞り弁のような構成要素の長
期的な正常な動作を確保する上で極め望ましいものであ
る。広域または広範囲自己洗浄工程は、チャンバ全体並
びに真空系統構成要素を高率でエッチングするための、
比較的低圧、比較的大きな電極間隔および過フッ化炭化
水素の化学作用を用いるものである。これらの構成要素
には、サセプタ１２、マニホルド３０およびこれらの関
連要素に加えて、窓２８、流れを制御するじゃま板１７
およびその中の排気穴２３、真空排気チャネル２４およ
び一般的に少なくとも付随する絞り弁（図示せず）まで
を含めた排気通路に沿った構成要素を含むが、これらに
限定されるものではない。
置においても効果的なものである。特に、前述のよう
に、粒子によって引き起こされる損傷に影響され易い形
状の極めて小さいデバイスを加工するようにされた反応
装置１０において効果的である。この反応装置１０は従
来の反応装置よりも比較的に高圧で動作するものである
が、それでも、真空排気システムおよび絞り弁までを含
めた下流真空系統構成要素において付着するしつこい種
類の物質を生じることがある。したがって、推奨される
反応装置１０は従来の反応装置よりもクリーンであり且
つ洗浄の回数が少なくてよいものであるが、真空系統お
よび反応装置チャンバの両方を高速且つ必要な場合には
頻繁に洗浄できる機能は、絞り弁のような構成要素の長
期的な正常な動作を確保する上で極め望ましいものであ
る。広域または広範囲自己洗浄工程は、チャンバ全体並
びに真空系統構成要素を高率でエッチングするための、
比較的低圧、比較的大きな電極間隔および過フッ化炭化
水素の化学作用を用いるものである。これらの構成要素
には、サセプタ１２、マニホルド３０およびこれらの関
連要素に加えて、窓２８、流れを制御するじゃま板１７
およびその中の排気穴２３、真空排気チャネル２４およ
び一般的に少なくとも付随する絞り弁（図示せず）まで
を含めた排気通路に沿った構成要素を含むが、これらに
限定されるものではない。
【００１３】局部的自己洗浄段階または工程は、電極１
２および３０および近接するチャンバ構成要素の速やか
な局部的洗浄のために望ましい大きなエッチング速度お
よび安定したプラズマをもたらすために、過フッ化炭化
水素ガスエッチング化学作用、比較的高圧および電極１
２と３０との間の比較的せまい間隔（この間隔は蒸着に
用いられるそれと近似している）を用いている。４×８
インチウェーハのためのほぼ平行形状のものに対して現
在推奨される実施例においては、広域エッチング段階
は、約１，０００milsの電極間隔および約５００〜７３
０watts の１３．５６ＭＨｚの高周波電力（これは約
３．８〜３．９watts ／cm2 の高周波出力密度をもたら
す）を用い、約０．８〜２torrの圧力で、過フッ化炭化
水素C2F6および酸素のエッチング用混合気体をそれぞれ
約３００〜６００sccmおよび４００〜８００sccm（約
０．７５：１の流量比）の範囲内の流量で反応装置チャ
ンバに送り込んで、チャンバ全体および下流の構成要素
の両方を洗浄するものである。C2F6流量の約１０％の流
量比でNF3 を任意に加えることができる。ここで、比較
的低圧および比較的大きな電極間隔は、チャンバおよび
下流の全域に渡って洗浄プラズマを拡張（局部エッチン
グ段階に比較して）または拡散することを容易にする。
この段階は、１ミクロンの二酸化けい素蒸着より生じる
チャンバ付着物を約３０〜４０秒で洗浄する。
２および３０および近接するチャンバ構成要素の速やか
な局部的洗浄のために望ましい大きなエッチング速度お
よび安定したプラズマをもたらすために、過フッ化炭化
水素ガスエッチング化学作用、比較的高圧および電極１
２と３０との間の比較的せまい間隔（この間隔は蒸着に
用いられるそれと近似している）を用いている。４×８
インチウェーハのためのほぼ平行形状のものに対して現
在推奨される実施例においては、広域エッチング段階
は、約１，０００milsの電極間隔および約５００〜７３
０watts の１３．５６ＭＨｚの高周波電力（これは約
３．８〜３．９watts ／cm2 の高周波出力密度をもたら
す）を用い、約０．８〜２torrの圧力で、過フッ化炭化
水素C2F6および酸素のエッチング用混合気体をそれぞれ
約３００〜６００sccmおよび４００〜８００sccm（約
０．７５：１の流量比）の範囲内の流量で反応装置チャ
ンバに送り込んで、チャンバ全体および下流の構成要素
の両方を洗浄するものである。C2F6流量の約１０％の流
量比でNF3 を任意に加えることができる。ここで、比較
的低圧および比較的大きな電極間隔は、チャンバおよび
下流の全域に渡って洗浄プラズマを拡張（局部エッチン
グ段階に比較して）または拡散することを容易にする。
この段階は、１ミクロンの二酸化けい素蒸着より生じる
チャンバ付着物を約３０〜４０秒で洗浄する。
【００１４】また、４×８インチウェーハのためのほぼ
平行形状のものに対して現在推奨される実施例において
は、第２の局部域エッチング段階は、１３．５６メガヘ
ルツの周波数において約３．８〜３．９watts ／cm2 の
範囲内の高周波出力密度をもたらすための約５００〜７
００watts の高周波電力を用いかつ約１８０〜３００mi
lsの電極間隔を用いて、６〜１３torrの範囲内の圧力
で、過フッ化炭化水素および酸素のエッチング用混合ガ
スをそれぞれの流量を約６００〜８００sccmおよび７０
０〜９００sccm（約０．８５：１の流量比）として反応
装置チャンバ内に送り込んで、チャンバを局部的に洗浄
するものである。比較的高い圧力および比較的小さい電
極間隔が、洗浄プラズマを電極１２と３０との間の領域
に効果的に限定する。この段階では、１ミクロンの二酸
化けい素蒸着より生じる局部的付着物を、約３０〜４０
秒で洗浄する。ここで例示する反応装置１０の４×８イ
ンチウェーハ用配置に対して予見される有用なパラメー
タの範囲は、（１）広域エッチング段階において、約
（０．７５〜１．３０）：１のC2F6：O2流量比、C2F6流
量３００〜１，２００sccm、O2流量４００〜９５０scc
m、電極間隔７５０〜１，０００mils、圧力０．８〜２t
orrおよび出力密度約２．７〜５．６watts ／cm2 であ
り、（２）また局部的洗浄段階において、約（０．８５
〜１）：１のC2F6：O2流量比、C2F6流量６００〜９５０
sccm、O2流量７００〜１，０００sccm、電極間隔１８０
〜３５０mils、圧力６〜１３torrおよび出力密度２．７
〜５．６watts/cm2 である。
平行形状のものに対して現在推奨される実施例において
は、第２の局部域エッチング段階は、１３．５６メガヘ
ルツの周波数において約３．８〜３．９watts ／cm2 の
範囲内の高周波出力密度をもたらすための約５００〜７
００watts の高周波電力を用いかつ約１８０〜３００mi
lsの電極間隔を用いて、６〜１３torrの範囲内の圧力
で、過フッ化炭化水素および酸素のエッチング用混合ガ
スをそれぞれの流量を約６００〜８００sccmおよび７０
０〜９００sccm（約０．８５：１の流量比）として反応
装置チャンバ内に送り込んで、チャンバを局部的に洗浄
するものである。比較的高い圧力および比較的小さい電
極間隔が、洗浄プラズマを電極１２と３０との間の領域
に効果的に限定する。この段階では、１ミクロンの二酸
化けい素蒸着より生じる局部的付着物を、約３０〜４０
秒で洗浄する。ここで例示する反応装置１０の４×８イ
ンチウェーハ用配置に対して予見される有用なパラメー
タの範囲は、（１）広域エッチング段階において、約
（０．７５〜１．３０）：１のC2F6：O2流量比、C2F6流
量３００〜１，２００sccm、O2流量４００〜９５０scc
m、電極間隔７５０〜１，０００mils、圧力０．８〜２t
orrおよび出力密度約２．７〜５．６watts ／cm2 であ
り、（２）また局部的洗浄段階において、約（０．８５
〜１）：１のC2F6：O2流量比、C2F6流量６００〜９５０
sccm、O2流量７００〜１，０００sccm、電極間隔１８０
〜３５０mils、圧力６〜１３torrおよび出力密度２．７
〜５．６watts/cm2 である。
【００１５】
【発明の効果】上述した使用の容易さ、再現可能な処理
の寿命の伸長およびハードウェアの寿命の伸長といった
効果に加えて、この方法にはいくつかの効果がある。ま
ず、この方法は、C2F6およびO2等の比較的安価な処理ガ
スを用いている。また、この方法は非毒性のものであ
り、すなわち処理用ガスC2F6およびO2は無毒である。さ
らに、この方法は、反応装置ハードウェアに対して比較
的非腐食性であるという点において、比較的ゆるやかな
ものである。前述した要素のうちの少なくとも３つによ
って資本コストの低減がはかられる。まず、この方法が
チャンバハードウェアに対して比較的非腐食性であるこ
とから、ハードウェアの寿命が伸びる。第２に、まず広
域そして次に局部といった順序を用いることで、電極の
過度のエッチングを減少させる。第３に、この方法の非
毒性の本質が、高価な安全監視設備の必要を減少したり
なくしたりする。上でほのめかしたように、ハードウェ
アの腐食が減少することによって、チャンバを開放して
内部構成要素をウェットエッチング等にらって洗浄しな
ければならなくなる以前における処理時間が長くなる
（即ちより多量の蒸着が可能となる）ことから、長期的
な工程の安定性がもたらされる。
の寿命の伸長およびハードウェアの寿命の伸長といった
効果に加えて、この方法にはいくつかの効果がある。ま
ず、この方法は、C2F6およびO2等の比較的安価な処理ガ
スを用いている。また、この方法は非毒性のものであ
り、すなわち処理用ガスC2F6およびO2は無毒である。さ
らに、この方法は、反応装置ハードウェアに対して比較
的非腐食性であるという点において、比較的ゆるやかな
ものである。前述した要素のうちの少なくとも３つによ
って資本コストの低減がはかられる。まず、この方法が
チャンバハードウェアに対して比較的非腐食性であるこ
とから、ハードウェアの寿命が伸びる。第２に、まず広
域そして次に局部といった順序を用いることで、電極の
過度のエッチングを減少させる。第３に、この方法の非
毒性の本質が、高価な安全監視設備の必要を減少したり
なくしたりする。上でほのめかしたように、ハードウェ
アの腐食が減少することによって、チャンバを開放して
内部構成要素をウェットエッチング等にらって洗浄しな
ければならなくなる以前における処理時間が長くなる
（即ちより多量の蒸着が可能となる）ことから、長期的
な工程の安定性がもたらされる。
【００１６】つまり、この方法は、利用し易く、実施が
容易で、維持および洗浄のための反応装置の停止時間が
減少し、ハードウェアの寿命および安定した工程の寿命
が増大する。ウェーハに蒸着する毎にチャンバ１０を自
己洗浄するために上述の現在推奨される工程パラメータ
を用いることによって、工程の再現性の寿命すなわち湿
式洗浄の時間間隔が、最小で２，０００ミクロンの蒸着
へと増大した。また、ハードウェアの寿命すなわち整備
または交換の間の寿命が、少なくとも３０，０００ミク
ロンへと増大した。これに対し、従来の自己洗浄工程で
は、湿式洗浄までの蒸着は５００ミクロンであり、ハー
ドウェアの寿命は約５，０００ミクロンであった。図２
および図３は、本方法および従来の工程のそれぞれにつ
いて、工程再現性対総蒸着量を比較するグラフ３５〜３
８を示すものである。４×８インチウェーハ用配置のた
めの電力および流量等のパラメータは、より大きいまた
はより小さいウェーハのために、容易に増大または減少
させることができる。また、我々は、ここで示した流量
およびその比が、他の反応装置に適合するように容易に
改められ得ることを予見する。
容易で、維持および洗浄のための反応装置の停止時間が
減少し、ハードウェアの寿命および安定した工程の寿命
が増大する。ウェーハに蒸着する毎にチャンバ１０を自
己洗浄するために上述の現在推奨される工程パラメータ
を用いることによって、工程の再現性の寿命すなわち湿
式洗浄の時間間隔が、最小で２，０００ミクロンの蒸着
へと増大した。また、ハードウェアの寿命すなわち整備
または交換の間の寿命が、少なくとも３０，０００ミク
ロンへと増大した。これに対し、従来の自己洗浄工程で
は、湿式洗浄までの蒸着は５００ミクロンであり、ハー
ドウェアの寿命は約５，０００ミクロンであった。図２
および図３は、本方法および従来の工程のそれぞれにつ
いて、工程再現性対総蒸着量を比較するグラフ３５〜３
８を示すものである。４×８インチウェーハ用配置のた
めの電力および流量等のパラメータは、より大きいまた
はより小さいウェーハのために、容易に増大または減少
させることができる。また、我々は、ここで示した流量
およびその比が、他の反応装置に適合するように容易に
改められ得ることを予見する。
【００１７】この発明を種々の推奨実施例および変化例
について説明したが、当業者が、この特許請求の範囲で
請求される本発明の範囲から逸脱することなしに種々の
変更を成し得ることは理解されよう。
について説明したが、当業者が、この特許請求の範囲で
請求される本発明の範囲から逸脱することなしに種々の
変更を成し得ることは理解されよう。
【図１】本発明を実施するのに用いられるＣＶＤ／ＰＥ
ＣＶＤ兼用反応装置の平面図である。
ＣＶＤ兼用反応装置の平面図である。
【図２】本洗浄方法および従来の方法の両方について、
蒸着速度と総蒸着量とを対比させて示すグラフである。
蒸着速度と総蒸着量とを対比させて示すグラフである。
【図３】本洗浄方法および従来の方法の両方について、
厚さの均一性と総蒸着量とを対比させて示すグラフであ
る。
厚さの均一性と総蒸着量とを対比させて示すグラフであ
る。
１０ 反応装置 １１ ガス注入マニホルド １２ サセプタ（電極） １３ 支持フィンガ １４ 加工位置 １７ じゃま板 ２３ ポート ２４ 真空マニホルド ２６ ランプモジュール ２７ コリメートされた光の環状パターン ２８ 水晶窓 ３０ マニホルドフェースプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド チェウン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94404 フォスター シティー ビリン グスゲート レーン 235 (72)発明者 ピーター ケズウィック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94560 ニューアーク ヨアキーン マ リエータ アベニュー 6371エイ (72)発明者 ジェリー ウォン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フリーモント クーガー サー クル 44994 (56)参考文献 特開 昭63−114210（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−100925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−142839（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ガス注入マニホルドとウェーハ支持電極と
で形成される、間隔が可変の電極を有する真空処理反応
装置を自己清浄する方法において、 第１の広域エッチング工程において、過フッ化炭化水素
含有ガスを第１の圧力でチャンバ内に供給し、第１の電
極間隔を有する電極間に選択された電力を供給して、チ
ャンバの実質的に全域にわたってエッチングプラズマを
発生し、 第２の局部エッチング工程において、過フッ化炭化水素
含有ガスを前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で前記
チャンバ内に供給し、前記第１の電極間隔よりも狭い第
２の電極間隔を有する電極間に選択された電力を供給し
て、電極間に局部的なエッチングプラズマを発生するこ
とを特徴とする真空処理反応装置を自己洗浄する方法。 - 【請求項２】ガス注入マニホルドとウェーハ支持電極と
で形成される、間隔が可変の高周波電極を有する真空処
理反応装置を自己清浄する方法において、 チャンバの実質的に全域に渡ってエッチングプラズマを
発生するために、約2.7 〜5.6 watts/cm2 の高周波出力
密度を電極間に印加し、約0.8 〜2 torrのチャンバ圧力
および約1,000 milsの電極間隔において、C2F6及びO2の
各ガスをそれぞれ 300〜 600 sccm 及び 400〜 800 scc
m の流量でチャンバ内に供給する第１の広域エッチング
段階と、 電極間に局部的エッチング用プラズマを発生するため
に、約2.7 〜5.6 watts/cm2の選択した高周波電力密度
を電極間に印加し、且つC2F6及びO2の流量をそれぞれ 6
00〜 800 sccm 及び 700〜 900 sccm とし、チャンバ圧
力を約 6〜13 torr に上昇させ、電極間隔を約80〜300
milsに減少させる第２の局部エッチング段階と、を含む
ことを特徴とする真空処理反応装置を自己洗浄する方
法。 - 【請求項３】ガス注入マニホルドとウェーハ支持電極と
で形成される、間隔が可変の高周波電極を有する真空反
応装置内の半導体ウェーハにコーティングを付着させる
ため、および前記反応装置を自己洗浄するための方法に
おいて、 チャンバ内の１個またはそれ以上のウェーハに反復的に
コーティングを付着さる段階と反応装置の内表面を自己
洗浄するための工程であって、 (a) 第１の広域エッチング段階において、過フッ素炭化
水素含有ガスを第１のチャンバ圧力でチャンバ内に供給
して、第１の電極間隔を有する電極間に選択した高周波
電力を印加し、チャンバの実質的に全域にわたってエッ
チングプラズマを発生させ、 (b) 第２の局部エッチング段階において、選択した電力
を電極間に印加し、チャンバの圧力を前記第１のチャン
バ圧力よりも大きい第２の値に上昇させ、且つ電極間隔
を第１の電極間隔よりも狭い第２の値に減少して、電極
間に局部エッチングプラズマを発生させること、 を特徴とする半導体ウェーハにコーティングを付着させ
るため、および反応装置を自己洗浄するための方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US54629990A | 1990-06-29 | 1990-06-29 | |
| US546299 | 1990-06-29 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12604199A Division JP3150957B2 (ja) | 1990-06-29 | 1999-05-06 | 自己洗浄真空処理反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697154A JPH0697154A (ja) | 1994-04-08 |
| JP2961000B2 true JP2961000B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=24179781
Family Applications (2)
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